국내 연구진이 신경세포 간 연결신호를 실시간 관찰할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.

KAIST는 생명과학과 허원도 교수팀이 존스홉킨스 의과대학 권형배 교수팀, 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 이상규 박사팀과 공동연구로 시냅스의 형성과 소멸 및 변화를 실시간 관찰할 수 있는 기술개발에 성공했다고 9일 밝혔다.

인지, 감정, 기억 등의 뇌 활동은 신경세포가 서로 전기화학적 신호를 전달하며 나타나는 현상이다.

이 때 신호가 전달되는 부분인 시냅스는 노화 또는 알츠하이머  등의 질병에서 감소하는 것으로 알려졌지만, 시냅스의 구조 변화를 실시간 관찰하는 데 한계가 있었다.

공동연구팀은 형광단백질(ddFP)을 시냅스와 결합시켜 신경세포 간 시냅스 연결과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 개발, 이를 시냅스(Synapse)와 스냅샷(Snapshot)을 조합해 시냅샷(SynapShot)으로 명명했다.

허 교수팀은 IBS 이 박시팀과 초록·빨강 형광을 띠는 시냅샷을 디자인하고 두 개의 서로 다른 신경세포와 연결된 시냅스를 쉽게 구별해 관찰했다.

여기에 빛으로 분자 기능을 조절할 수 있는 광유전학 기술을 융합, 신경세포의 특정 기능을 빛으로 조절하면서 동시에 시냅스 변화를 관찰했다.

또 허 교수팀은 존스홉킨스 권 교수팀과 생쥐에게 시각적 구별 훈련, 운동 및 마취 등 여러 상황을 유도하고 각 과정에서 시냅스 변화를 실시간 관찰, 각각의 시냅스가 빠르고 역동적으로 변화함을 확인했다.

이는 살아있는 포유류의 시냅스 변화를 세계 최초로 관찰한 것이다.  

이를 통해 생애주기별 시냅스의 형성과 소멸 과정의 역동성이 어떻게 조절되는지 밝히고, 이 과정에 문제가 생겼을 때 어떻게 뇌 발달장애나 퇴행성 뇌질환으로 이어질 수 있는지 원인을 규명할 수 있는 길이 열었다.

허 교수는 “국내외 공동연구로 지금까지 구현하기 어려웠던 시냅스의 빠르고 역동적인 형성과 변화를 직접 관찰할 수 있는 가능성을 열었다”며 “이는 뇌과학 연구방법론에 혁신을 가져올 것”이라고 기대했다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com