파킨슨병·중독 치료 '마스터키' 찾았다… 뇌 깊숙한 곳, 도파민 흐름 ‘공간 지도’ 첫 해독

UNIST, 뇌 기저핵 간접경로에서 도파민의 구획별 억제 시냅스 조절 방식 규명
도파민 고갈시 공간 규칙 재편-맞춤 치료제 개발 토대, Nature Commun.게재

뇌 심부에서 분비되는 도파민이 무작위가 아닌 정교한 '공간 규칙'에 따라 작동한다는 사실이 드러났다.

같은 뇌 신경회로 안에서도 세부 구역에 따라 도파민의 신호 조절 방식이 달라지는 '공간 규칙'이 발견된 것이다.

UNIST 생명과학과 김재익 교수팀은 기저핵 간접경로에서 도파민이 억제성 신호를 조절하는 방식이 기저핵의 내부 위치에 따라 다르다는 점을 규명했다고 20일 전했다.

연구진, 김재익 교수(좌측)와 이영은 연구원. UNIST 제공

뇌 깊숙이 위치한 기저핵은 자발적인 운동을 조절하는 신경회로로, 그중 '간접경로' 회로는 불필요한 움직임을 억제하는 역할을 한다. 이 경로에서 기저핵의 선조체와 외측 창백핵(GPe)을 잇는 시냅스 연결은 가바(GABA)라는 억제성 신경전달물질을 통해 작동하며, 도파민은 이 신호의 강도를 조절하는 물질로 알려져 있다.

연구팀이 밝혀낸 바에 따르면, 도파민이 억제 신호를 낮추는 역할을 똑같이 하더라도 공간 구획에 따라 조절 방식이 달랐다. 창백핵을 4등분했을 때 배외 측과 복내측 영역에서는 도파민이 D2 수용체를 통해 가바 방출 자체를 줄여 억제 신호를 약하게 만들었고, 배내측과 복외측 영역에서는 D4 수용체가 작용해 같은 신호에 대한 반응을 낮추는 방식으로 억제 신호를 줄였다. 즉, 도파민이 한쪽에서는 억제 신호 자체를 줄이고, 다른 쪽에서는 같은 신호에도 덜 민감하게 반응하도록 조절하는 방식이다.

또 파킨슨병처럼 도파인 분비를 줄인 실험 쥐의 뇌는 기존에 유지되던 이 공간별 조절 패턴이 뒤집히는 변화가 나타났다. 원래는 영향을 받지 않던 영역에서 신호 조절이 새롭게 나타나고, 반대로 기존에 강하게 작용하던 영역에서는 효과가 약해졌다.

제1저자인 이영은 연구원은 "도파민 감소가 단순히 전체 신호를 약하게 만드는 것이 아니라, 회로의 작동 방식 자체를 재편할 수 있음을 보여주는 실험 결과"라고 설명했다.

김재익 교수는 "뇌 기저핵을 통과하는 다양한 감각, 운동 정보가 창백핵의 위치에 따라 도파민에 의해 각기 다르게 변조될 수 있음을 밝혀냈다"며 "특정 뇌 영역과 수용체를 표적으로 하는 파킨슨병 치료제와 같은 정밀 퇴행성 뇌질환 치료 기술 개발을 위한 신경과학적 기반을 마련했다"고 말했다.

연구그림, 창백핵에서 도파민 조절의 '공간규칙'과 도파민 고갈 상태에서 발생하는 공간 규칙 재편. 창백핵은 뇌 깊숙한 곳에 있는 기저핵의 일부다.

이번 연구결과는 다학제적 연구결과를 소개하는 우수 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)'에 4월 3일 자로 공개됐다.

연구수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구(핵심연구), 바이오의료기술개발사업, 그리고 뇌기능규명조절기술개발사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr