뇌 신경세포가 정상적으로 자라고 제자리를 찾는 데 중요한 단백질이 발견됐다. 다운 증후군의 지적장애의 원인 중 하나로 알려진 ‘DSCR1(Down Syndrome Critical Region 1)’이다. 이번 발견으로 다양한 지적장애의 공통 원리를 찾는 연구가 한층 가속화될 전망이다.
UNIST(울산과기원, 총장 정무영) 생명과학부의 민경태 교수팀은 DSCR1 단백질이 뇌 신경세포의 축삭돌기를 발달시키는 동시에 내비게이션 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 축삭돌기는 신경세포 끝에 있으며, 신경세포 네트워크 형성에 중요한 역할을 한다.
민경태 교수는 “뇌가 발달하는 동안 신경세포간의 네트워크 형성은 지능과 인식에 중요한 역할을 한다”며 “DSCR1이 신경세포 네트워크 형성에서 중요하다는 사실을 밝힌 이번 연구는 다운 증후군을 비롯한 지적장애를 이해하는 발판이 될 것”이라고 말했다.
민 교수팀은 DSCR1 유전자가 없거나 너무 많이 발현된 생쥐로 이번 연구를 진행했다. 그 결과 DSCR1 유전자가 사라진 생쥐의 축삭돌기는 발달이 현저하게 저하됐고, 신경세포 네트워크 형성에 중요한 축삭돌기 말단의 회전 능력이 사라졌다. 반대로 DSCR1 유전자가 과하게 발현된 생쥐는 신경세포 축삭돌기 발달이 지나치게 활성화됐고, 회전 능력도 정상세포보다 상당이 높게 나타났다.
민 교수는 “두 경우 모두 정상적인 뇌 발달을 저해한다고 여겨진다”며 “이는 DSCR1 단백질이 뇌 신경세포의 발달과 네트워크 연결에 큰 역할을 한다는 증거”라고 설명했다.
생쥐 뇌에 있는 ‘해마’의 뇌 신경세포의 축삭돌기 발달이 DSCR1의 발현 양에 따라 크게 차이가 난다. 왼쪽은 공초점 현미경 이미지이고, 오른쪽은 신경세포 길이를 측정한 그래프다.
연구진은 또 DSCR1 유전자가 다른 지적장애 유발 단백질과 상호작용한다는 사실도 밝혀냈다. DSCR1 과발현 생쥐는 축삭돌기 말단에서 지나친 회전이 나타난다. 이는 신경세포가 제자리를 찾는 내비게이션 기능이 비정상임을 의미하는데, 이를 회복시키는 데 X-염색체 증후군을 유발하는 단백질이 효과를 나타낸 것이다.
민 교수는 “DSCR1 과발현 생쥐에서 나타나는 축살돌기 말단의 지나친 회전은 FMRP 단백질(fragile X mental retardation protein)을 줄이자 정상으로 회복됐다”며 “이는 두 단백질들이 뇌 신경세포의 내비게이션을 조절하는 공통적인 분자적, 세포학적 과정에서 역할을 하고 있음을 보여준다”고 말했다.
그는 이어 “DSCR1 단백질이 뇌 신경세포 발달에 큰 역할을 하며, 이 단백질이 FMRP 단백질과 상호작용한다는 사실을 밝힌 점은 학술적으로 큰 가치가 있다”며 “다운 증후군이나 취약 X-염색체 증후군과 같은 지적장애들이 공통적인 분자세포학적 기작을 통해 발생할 수 있다는 가설을 뒷받침한다”고 강조했다.
이번 연구 결과는 세포 생물학 분야에서 세계 최고 권위의 학술지인 저널 오브 셀 바이올로지(Journal of Cell Biology) 5월 23일자에 게재됐다.
