정호성 교수 연구팀, 뇌신경망 말단의 유전자 자체발현 메커니즘 규명

세계 최초 발견, 권위 학술지 ‘셀’에 연구 결과 소개

뇌신경발달장애 및 퇴행성질환 연구에 기여할 것

“기초연구를 통해 어떤 식으로도 사회에 도움이 되는 연구를 하고 싶습니다. 신경망이 발생하는 동안 어떤 단백질들이 만들어지는지, 나아가 질병이 있을 때와 정상일 때 차이가 있다는 것을 발견한다면 관련 질병에 대한 연구의 토대가 될 수 있지 않을까요?”

뇌기능은 신경세포들 간 연결에 의한 뇌신경망을 통해 이루어진다. 신경세포는 전선과 같이 긴 축삭을 이용해 다른 세포에 정보를 전달하는데, 뇌가 정상적으로 기능을 수행하려면 뇌의 발생 과정에서 축삭의 말단이 정확하게 연결을 맺고 이 연결이 평생 유지되는 것이 중요하다. 축삭이 어떻게 정확한 연결을 맺고 기능을 유지하는지에 대한 연구는 뇌발달장애와 신경퇴행성 질환 연구에 적용할 수 있기 때문에 사회적으로도 큰 의의를 지닌다.

신경망 형성에 필요한 모든 단백질은 세포체에 있는 유전정보를 바탕으로 만들어지는데, 축삭말단은 세포체로부터 멀리 떨어져 있어서 필요한 단백질을 모두 세포체로부터 공급받는다고 간주되어 왔다. 단백질을 축삭말단까지 수송하는 데 시간이 오래 걸리는 탓에 원하는 단백질을 필요할 때 만들 수 있는 기전이 존재할 것이라는 가설도 제기됐다. 그러나 지금까지는 기술적 한계로 축삭말단에서 국소적으로 합성되는 단백질을 알아낼 수 없었다.

그런 가운데 정호성 교수 연구팀(의과대학 해부학교실)이 뇌신경망 말단의 유전자 자체발현을 통한 뇌신경망 형성 및 유지 기전을 세계 최초로 발견했다. 이번 연구를 통해 축삭이 자체적으로 말단에 저장된 RNA를 번역해 단백질을 합성할 수 있다는 사실을 밝혀낸 것이다.

왼쪽부터 옥지연 학생, 정호성 교수, 정제인 학생

정호성 교수(공동교신및제1저자)와 정제인/옥지연 학생(공동저자)로 이뤄진 우리 대학 연구팀은 영국 캠브리지대 크리스틴 홀트(Christine Holt)교수 연구팀과 함께 축삭말단에서 번역되는 RNA만을 표지·분리할 수 있는 ‘축삭트랩(axon-TRAP)‘이라는 기술을 개발해 국소적으로 합성되는 단백질의 정보를 분석했다.

분석 결과, 뇌신경망 발생과정 중에는 시냅스(synapse: 신경세포간의 연결) 형성을 조절하는 단백질들이 합성되며, 발생이 끝난 성체의 축삭에서는 시냅스의 기능 유지와 축삭 생존에 필요한 단백질들이 합성됨을 밝혔다. 발생중인 축삭과 성체의 축삭에서 서로 다른 단백질들이 국소적으로 합성된다는 것이다.

위) 축삭 트랩기술 모식도
아래) 축삭 트랩기술을 이용하여 얻어낸 축삭 특이적 번역체의 분석은 나아가서 뇌신경발달 장애나 신경퇴행성 질환을 이해하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.

이번 연구를 주도한 정호성 교수는 “지금까지는 사람의 RNA조절인자에 돌연변이가 생겼을 때 왜 자폐증과 같은 신경발달장애나 루게릭병같은 퇴행성질환이 유도되는지 알 수 없었는데, 본 연구를 통해 그 원인을 새로운 각도에서 바라볼 수도 있을 것으로 기대한다.”고 의의를 밝혔다.

본 연구는 미래창조과학부의 바이오·의료기술개발사업(국가마우스표현형분석사업/단장 서울대 성제경 교수), 뇌과학원천기술개발사업(뇌발달장애 진단 및 조절기술 개발/단장 고려대 선웅 교수)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 생명과학분야의 권위 있는 학술지인 셀(Cell)지 6월 30일자에 게재됐다.

의과대학 해부학교실 정호성 교수