생존율 결정짓는 '작은 유전자 조각' 발견
매우 작은 크기의 유전자 조각 하나만 몸속에서 사라져도 건강과 생명에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 국내 연구팀이 동물실험을 통해 생존율을 결정짓는 작은 유전자 조각을 발견했다.
기초과학연구원(IBS)은 김은준 시냅스 뇌질환 연구단장(KAIST 생명과학과 석좌교수) 연구팀이 생쥐모델을 이용해 시냅스 단백질 속에 4개의 아미노산으로 이뤄진 작은 유전자 조각인 '미니 엑손 B'가 생후 생존율과 뇌 회로의 안정을 결정짓는 요인이라는 점을 발견했다고 22일 밝혔다.
시냅스는 신경세포 간 접합부위를 의미한다. 연구팀은 시냅스의 형성, 유지, 가소성 등을 조절하는 시냅스 접착 단백질의 일종인 ‘PTPδ’가 자폐스펙트럼장애, 주의력결핍과잉행동장애(ADHD), 강박장애, 하지불안증후군 등 여러 뇌 신경계 질환과 연관이 있다는 점에 주목했다.
연구팀은 PTPδ의 작은 유전자 조각인 ‘미니 엑손 B’가 결여될 때 어떤 현상이 일어나는지 관찰했다. 엑손은 유전자의 기능적 정보를 담고 있는 유전자 발현 핵심요소다. 실험 결과 미니 엑손 B가 완전히 결손된 새끼 쥐의 70% 이상이 사망했다. 미니 엑손 B가 일부만 결손된 새끼 쥐는 생존율이 감소하진 않았지만 성체가 됐을 때 불안 증세를 보였다.
성체 쥐가 불안 증세를 보이는 원인을 전기생리학 분석을 통해 살핀 결과 미니 엑손 B가 결손이 되면 쥐의 '해마 치아이랑'이라는 뇌 영역에서 과립세포, 억제성 신경세포 등 세포별 흥분성 시냅스 수가 달라져 흥분-억제 비율이 망가진다는 점이 확인됐다.
과립세포가 받는 흥분성 신호는 감소했고 억제성 신경세포가 받는 흥분성 신호는 증가했다. 뇌 신경회로의 흥분-억제 비율이 불균형해지면서 쥐가 불안 증세를 보인 것이다.
연구팀은 단백체학 분석을 통해 PTPδ와 상호작용하는 단백질을 살펴 미니 엑손 B에 결손이 생기면 후시냅스(시냅스에서 신호를 받는 쪽)에 있는 IL1RAP 단백질도 줄어든다는 점을 발견했다. 미니 엑손 B 결손 시 PTPδ와 IL1RAP 간 상호작용이 감소한다는 의미다. 미니 엑손 B는 시냅스 간 상호작용을 조절해 신경세포의 흥분-억제 비율을 조절하는 기능을 한다는 점이 확인된 것이다.
김 단장은 “이번 연구는 단 네 개의 아미노산으로 이뤄진 유전자 조각이 생존율과 신경회로의 균형에 결정적인 영향을 줄 수 있음을 보여준다”며 “뇌 신경계 질환 치료법 개발에 단초를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난 13일 온라인 게재됐다.
<참고 자료>
doi.org/10.1038/s41467-025-59685-3
[문세영 기자 moon09@donga.com]
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