차단된 신경세포 연결시킬 수 있을까

국내연구팀, 신경제포 접합부위인 '시냅스' 결합구조 밝혀내

강박증, 조울증, 자폐증, 정신분열증, 간질 치료제 개발 실마리 제공

▲국내 연구팀이 시냅스접착단백질의 3차원 구조를 규명해 냈다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 신경세포가 차단되면 우리 신체에는 질병이 몰려온다. 신경세포 접합부위인 시냅스의 이상으로 생길 수 있는 다양한 뇌질환 연구의 실마리가 풀릴 것으로 전망된다. 국내 연구팀이 신경세포를 연결하는 시냅스접착단백질의 3차원 복합체 구조를 밝혀냈다. 시냅스 형성초기 모습을 제시해 시냅스 이상으로 인한 강박증이나 조울증 등 다양한 뇌질환의 규명과 치료제 개발에 활용될 것으로 기대된다.

시냅스는 신경전달물질의 분비와 흡수가 일어나는 약 1000억 개에 달하는 신경세포의 접합부위이다. 학습과 기억, 감각, 운동 등을 조절하는 뇌 활동의 기본단위이다. 시냅스접착단백질은 벨크로처럼 두 개의 신경세포를 단단하게 연결해 시냅스 형성을 돕는 신경세포막에 존재하는 단백질을 일컫는다.

신경세포막에 존재하는 단백질 슬릿트랙은 다른 신경세포의 막에 존재하는 단백질 LAR-RPTP와 복합체를 이뤄 초기 시냅스 형성과 신경세포의 흥분과 억제간의 균형 유지에 관여하는 것으로 알려져 있었다. 슬릿트랙(Slitrk)은 뇌의 중추신경계에서 강하게 발현되는 단백질이다. 이 유전자가 결핍된 형질전환생쥐의 경우 다양한 뇌질환 표현형을 나타냈다. LAR-RPTP라는 것은 신경세포의 초기 발달과정에서 중요한 역할을 하는 단백질 군이다. 최근 시냅스 형성에 관계된 주요 기능들이 조금씩 밝혀지면서 새롭게 주목 받기 시작한 시냅스접착단백질이다.

이들 두 단백질(슬릿트랙과 LAR-RPTP)의 이상은 시냅스의 기능이상을 유발해 자폐증, 정신분열증, 간질, 강박증은 물론 조울증 같은 다양한 신경·정신 질환을 일으킨다. 두 단백질의 결합구조와 구체적인 작용이 규명되지 않아 치료제 개발에 한계가 있었다.

연구팀은 단백질 결정학기술과 바이오투과전자현미경을 활용해 두 시냅스접착단백질이 결합된 3차원 구조를 밝혀내고 이들 상호간의 결합의 핵심이 되는 부위를 찾아냈다. 두 시냅스접착 단백질이 결합한 후 클러스터를 형성하면서 시냅스 생성이 유도된다는 것을 규명했다.

이번 연구는 카이스트(KAIST) 의과학대학원 김호민 교수와 연세대 생화학과 고재원 교수(이상 교신저자)가 주도하고 연세대 엄지원 연구교수, KAIST 김기훈 석사과정 연구원과 을지대 박범석 교수(이상 제1저자)가 참여했다. 연구결과는 자연과학 분야 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)지 온라인판 11월 14일자(논문명 : Structural basis for LAR-RPTP/Slitrk complex-mediated synaptic adhesion)에 실렸다.

김호민 교수는 "시냅스접착단백질의 기능 이상으로 나타나는 다양한 뇌질환의 발병 원인을 이해하는데 큰 밑거름이 될 것"이라며 "단백질 구조생물학과 신경생물학의 유기적 협력연구를 통해 우수한 성과를 거둔 대표적 사례"라고 설명했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr