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뇌세포 속 시냅스 신호 전달 과정 밝혀졌다

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뇌세포 속 시냅스 신호 전달 과정 밝혀졌다

2013.08.27 18:00

  인간 두뇌 활동의 근원인 ‘신경전달 물질’의 분비와 이동과정이 밝혀졌다. 지금까지 이해하지 못했던 인간 두뇌활동의 과학적 원인을 알아내는 단초가 될 기초 지식을 알아낸 것.

 

  서울대 의과대 이석호·호원경 교수 연구팀은 에르빈 네어(1991년 노벨생리의학상 수상) 독일 막스플랑크연구재단 소속 박사팀과 함께, 인간의 두뇌 속에 있는 ‘시냅스 소낭’이란 신경세포에서 신경전달 물질을 분비하는 과정을 알아냈다고 27일 밝혔다. 시냅스 소낭이란 신경세포끼리 서로 신호를 전달하는 연결부위를 말한다.

 

  과학자들은 이번 연구를 그동안 과학기술로 알아내지 못했던 ‘단기시냅스 가소성’을 이해하는 중요한 계기로 보고 있다. 치매 방지 기술이나 인간의 두뇌구조를 흉내 낸 ‘뉴로 컴퓨팅’ 분야 발전에도 보탬이 될 것으로 기대된다.

 

  동물의 시냅스소낭 중에는 다음번 신경세포로 신호가 전달되도록, 통로 근처에서 칼슘이온에 빠르게 반응하는, RRP(준비된 즉각 분비 시냅스소낭) 세포가 존재한다는 사실은 이미 알려져 있다.

 

  이석호 교수 팀은 RRP가 기능을 잃게 되면 이를 보조하기 위해 신경전달 통로에서 멀리 있던 다른 시냅스소낭들이 가까이로 이동해 오고, RRP를 대신해 같은 기능을 한다는 사실을 지난해에 처음 밝혀내고 세계적 학술지인 ‘미국립과학원회보(PNAS)’에 게재한 바 있다.

 

  하지만, 예비 시냅스소낭을 RRP 소낭으로 만들기 위한 준비과정인 ‘이온통로와의 거리 좁히기’와 칼슘이온에 대한 반응속도를 높이는 과정은 그동안 밝혀지지 않았다. 

 

  연구진은 추가연구를 통해 신경세포가 칼슘민감도를 높이는 과정이 신경전달물질의 전달과는 별개로 일어난다는 사실을 알아냈다. 예비 시냅스소낭을 RRP로 만들기 위한 준비과정인 ‘이온통로와의 거리 좁히기’와 칼슘이온에 대한 반응속도 간의 상관관계를 처음으로 밝혀낸 것이다.

 

  연구팀은 뇌 세포를 살펴본 결과, 멀리 있던 시냅스소낭들이 평균 0.06초 이내의 빠른 속도로 이온통로 가까이로 이동한 후, 3.6초에 걸쳐 칼슘민감도를 서서히 높이면서 즉각 분비를 위한 준비를 통해 RRP로 바뀐다는 사실을 알아냈다.

 

  이번 연구 성과는 두뇌 속 신경전달물질의 분비신호 세기가 바뀌는 것을 밝혀낸 것으로 두뇌가 생각하고, 느끼는 과정에 대한 이해를 넓혀 줄 것으로 보인다.

 

  이 교수는 “시냅스소낭 분비에 대한 표준모델을 제시한 것이 가장 큰 성과”라며 “앞으로 많은 뇌과학자들이 뇌과학연구나 뉴로컴퓨팅 연구에 광범위한 영향을 끼칠 것"이라고 말했다.

 

  연구결과는 미국립과학원회보(PNAS) 27일자 온라인판에 게재됐다.

 

뇌세포 속 신경전달 과정. 칼슘이온이확산되면서 주변에 있는 세포들이 이동하는 모습을 나타냈다. - 연구재단 제공
뇌세포 속 신경전달 과정. 칼슘이온이 확산되면서 주변에 있는 세포들이 이동하는 모습을 나타냈다. - 연구재단 제공

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