연세대 고재원 교수팀, 억제성 시냅스 조절 단백질 발견. "뇌질환 치료 도움"

뇌의 발생초기에 신경세포의 이동을 조절하는 단백질들 중 하나인 엠디쥐에이(MDGA) 단백질이 성체단계의 뇌에서는 시냅스 (synapse)의 구조와 기능을 조절하고 있음을 국내 연구진이 처음 발견하였다.

연세대학교 생명시스템대학 생화학과 고재원 교수 연구팀이 주도한 이번 연구는 의생명-과학분야의 권위지인 미국국립과학원회보 (Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America, Impact Factor 9.681) 12월 18일 온라인속보판에 게재되었다.

고재원 교수 연구팀은 본 연구에서 엠디쥐에이 단백질이 뉴로리긴2 (neuroligin-2)라는 시냅스 접착단백질과 직접 상호작용하여 억제성시냅스 (inhibitory synapse)의 구조와 기능을 조절함을 증명하였다. 시냅스는 뇌의 기능을 수행하는 가장 기본이 되는 단위로서 두 개의 서로 다른 신경세포가 만나서 신경전달이 일어나는 장소이다. 이러한 시냅스는 흥분성시냅스 (excitatory synapse)와 억제성시냅스로 구분되는데, 두 시냅스는 서로 균형을 맞추어서 신경전달이 효율적으로 일어날 수 있도록 한다. 이러한 균형이 깨질 경우 각종 뇌질환들이 발병한다.

뉴로리긴2 단백질은 억제성시냅스의 후시냅스막 (postsynaptic membrane)에 특이적으로 존재하며, 전시냅스막 (presynaptic membrane)에 존재하는 뉴렉신 (neurexin) 단백질과 세포접착을 이루어 억제성시냅스의 기능을 유지하는데 핵심역할을 하는 단백질로 잘 알려져 있었다. 본 논문에서는 MDGA 단백질이 같은 후시냅스막에서 뉴로리긴2 단백질과 직접적으로 상호작용하여 뉴렉신 단백질과의 시냅스 접착을 선택적으로 방해하는 인자임을 증명하였다.

연구결과 MDGA 단백질이 뉴로리긴2 단백질과 특이적으로 결합하고 있으며, 신경배양세포에서 MDGA 유전자를 과발현시켰을 경우 억제성시냅스의 숫자와 기능이 감소함을 관찰하였다. 또한 MDGA 단백질을 감소시켰을 경우 억제성시냅스의 숫자와 기능이 선택적으로 증가함을 보였으며, 이러한 억제성시냅스의 구조 및 기능변화는 뉴로리긴2 단백질의 발현수준에 따라서 선택적으로 조절됨을 증명하였다. 시냅스의 생성을 촉진하는 대부분의 단백질들과는 달리 MDGA 단백질은 억제성시냅스 접착단백질의 기능을 선택적으로 ‘방해’함으로써 음성적으로 억제성시냅스의 구조와 기능을 조절하고 있음을 시사하는 것이다. 흥미롭게도 MDGA 단백질은 최근 대규모 인간유전학 연구들을 통해서 자폐증 (autism) 및 정신분열증 (schizophrenia)과 같은 뇌정신질환과 연관되어 있다고 알려져 있었다.

고재원 교수는 “본 연구를 통해서 흥분성시냅스의 구성 단백질의 기능연구에 치중되어 있는 분자신경생물학 분야에 새로운 방향전환이 필요함을 제시하고, 아울러서 관련 뇌정신질환의 기초발병기전을 새로운 시각에서 바라볼 수 있는 가능성을 열었다.”고 말했으며, “앞으로 MDGA 단백질의 자세한 기전연구를 통해서 관련 뇌정신질환의 발병기전을 규명하여 향후 관련 뇌질환의 치료제 개발을 위한 기초지식을 제공할 것이라 기대한다.”고 밝혔다.

본 연구는 고재원 교수와 석사과정 이강덕, 학부과정 김윤지가 주도하고, 미국 Stanford 대학의 Thomas Sudhof 교수 연구팀, 고려대학교 김현 교수 연구팀, 싱가폴 DUKE-NUS 대학의 제현수 교수 연구팀이 참여하였고, 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심공동연구)의 지원으로 수행되었다.