박대훈 가톨릭대 교수팀, 뇌 속 신경전달물질 주머니 크기 조절인자 발견

미국 예일대 의과대학, 스페인 CSIC-UMH와 국제 공동연구 수행
신경생물학 난제였던 뇌 속 시냅토파이신 기능 규명해

가톨릭대학교 성심교정 전경./사진제공=가톨릭대

가톨릭대학교는 최근 박대훈 의생명과학과 교수 연구팀이 미국 예일대학교 의과대학, 스페인 CSIC-UNH와 함께 시냅토파이신(Synaptophysin) 단백질이 뇌 속 신경전달물질 주머니인 시냅스 소낭(Synaptic vesicle)의 크기를 조절한다는 사실을 세계 최초로 규명했다고 15일 밝혔다.

가톨릭대 관계자는 "신경생물학 분야에서 40년간 난제였던 시냅토파이신의 기능이 규명됐다. 이는 뇌의 정상적 기능 조절에 가장 기초적인 시냅스 소낭 연구에 기여할 수 있을 것"이라고 전했다.

뇌 속 신경세포 간 전달이 원활하게 이뤄지기 위해서는 신경전달물질이 보관된 작은 주머니인 시냅스 소낭의 역할이 중요하다. 시냅스 소낭은 자극을 받으면 갖고 있는 신경전달물질을 세포막 밖으로 분비해 다음 신경세포로 신호를 전달한다.

시냅스 소낭의 표면에는 시냅토파이신을 비롯해 자극 조절에 영향을 주는 수많은 단백질이 존재하는 것으로 알려졌다. 시냅토파이신은 시냅스 소낭에 존재하는 대표적인 단백질로 그 발현량이 매우 많다. 하지만 시냅토파이신의 기능에 대해서는 명확히 밝혀진 내용이 없었다.

연구팀은 2021년과 지난해 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 발표된 비신경세포를 이용한 신경세포 모사 기술을 활용해 시냅토파이신을 비롯한 시냅스 소낭 연관 단백질들이 시냅스 소낭 형성에 중요한 역할을 담당할 것이라는 단서를 얻었다.

이후 연구를 통해 시냅토파이신을 비롯한 시냅스 소낭 연관 단백질이 모두 없어진 쥐의 뇌에서 시냅스 소낭의 크기가 극적으로 커지는 것을 확인했다. 이 단백질들이 시냅스 소낭의 크기 조절에 직접적으로 관여한 것이다.

박 교수는 "이번 연구 결과를 통해 뇌의 정상적인 기능에 가장 기본적으로 요구되는 시냅스 소낭의 형성 기전을 보다 깊이 이해할 수 있게 됐다"며 "시냅스 소낭 내부로 신경전달 물질을 충전하는 메커니즘은 물론 여러 신경계 기능 이상과의 연관성도 밝힐 수 있을 것"이라고 설명했다.

한편 국제 공동연구팀의 연구 결과는 생명과학 및 다학제 분야 국제학술지 'PNAS'(Proceedings of the National Academy of Sciences, 미국 국립과학원회보) 온라인판에 게재됐다.

박대훈 카톨릭대 교수팀의 연구자료 이미지./사진제공=가톨릭대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr