의생명과학과 박대훈 교수팀, 신경생물학 난제 시냅토파이신 기능 밝혀예일대·스페인 CSIC-UMH와 국제 공동연구 … 美국립과학원회보 온라인 게재
  • ▲ 정상 쥐(왼쪽)와 시냅토파이신을 비롯한 시냅스 소낭 연관 단백질(synaptoporin, synaptogyrin1, synaptogyrin3)을 모두 녹아웃(knock-out)한 쥐의 실제 뇌 속 신경세포 시냅스 모습. 4가지 단백질이 모두 제거됐을 때 정상 쥐에 비해 매우 큰 시냅스 소낭(빨간색 화살표)이 만들어지는 것을 볼 수 있다.ⓒ가톨릭대
    ▲ 정상 쥐(왼쪽)와 시냅토파이신을 비롯한 시냅스 소낭 연관 단백질(synaptoporin, synaptogyrin1, synaptogyrin3)을 모두 녹아웃(knock-out)한 쥐의 실제 뇌 속 신경세포 시냅스 모습. 4가지 단백질이 모두 제거됐을 때 정상 쥐에 비해 매우 큰 시냅스 소낭(빨간색 화살표)이 만들어지는 것을 볼 수 있다.ⓒ가톨릭대
    가톨릭대학교는 의생명과학과 박대훈 교수 연구팀이 미국 예일대학교 의과대학, 스페인 CSIC-UNH와의 국제 공동연구를 통해 뇌 속 신경전달물질 주머니인 '시냅스 소낭(synaptic vesicle)'의 크기를 조절하는 단백질(시냅토파이신·synaptophysin)을 세계 최초로 규명했다고 11일 발표했다.

    이번 연구로 신경생물학 분야에서 40년간 난제였던 시냅토파이신의 기능이 밝혀져 앞으로 뇌의 정상적 기능 조절에 가장 기초적인 시냅스 소낭 연구 발전에 크게 이바지할 것으로 기대된다.

    뇌 신경세포 간 원활한 커뮤니케이션이 이뤄지기 위해선 신경전달물질이 보관된 작은 주머니인 시냅스 소낭의 역할이 중요하다. 시냅스 소낭은 자극을 받으면 신경전달물질을 세포막 밖으로 분비해 다음 신경세포로 신호전달을 일으킨다.

    시냅스 소낭의 표면에는 자극 조절에 영향을 끼치는 수많은 단백질이 존재한다. 시냅토파이신이 대표적이다. 수많은 단백질 중 발현량이 매우 많다. 하지만 시냅토파이신이 신경세포 내에서 어떤 기능을 하는지는 명확하게 밝혀지지 않았다.

    공동연구팀은 2021년과 2023년에 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재된 비신경세포를 이용한 신경세포 모사 기술을 바탕으로, 시냅토파이신을 비롯한 시냅스 소낭 연관 단백질(synaptoporin, synaptogyrin1, synaptogyrin3)들이 공통으로 시냅스 소낭 형성에 중요한 역할을 할 것이라는 단서를 얻어 연구를 진행했다.

    연구 결과 시냅토파이신을 비롯한 시냅스 소낭 연관 단백질이 모두 없어진 쥐의 뇌에서 시냅스 소낭의 크기가 극적으로 커지는 것으로 나타났다. 해당 단백질들이 시냅스 소낭의 크기 조절에 직접적으로 관여한다는 사실이 밝혀졌다.

    박대훈 교수는 "이번 연구 결과를 통해 뇌의 정상적인 기능에 가장 기본적으로 요구되는 시냅스 소낭의 형성 기전을 보다 잘 이해할 수 있게 됐다"며 "시냅스 소낭 내부로 신경전달 물질을 충전하는 메커니즘은 물론, 여러 신경계 기능 이상과의 연관성도 밝힐 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

    한국·미국·스페인 3개국 협업으로 진행된 이번 연구 결과는 생명과학 및 다학제간 분야의 권위 있는 국제학술지 'PNAS(미국 국립과학원회보)' 7월10일자 온라인판에 게재됐다.
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    ▲ ⓒ가톨릭대