뇌의 별세포가 촉각 능력 조절한다


IBS-연세대, 별세포의 촉감 민감도 조절 원리 규명

[아이뉴스24 최상국 기자] 뇌 속의 비신경세포인 별세포(성상교세포 星狀膠細胞, astrocyte)에 촉각 능력 조절 기능이 있다는 연구결과가 발표됐다.

기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 이창준 단장 연구팀은 연세대학교 생명공학과 정은지 교수 연구팀과 함께 '별세포가 촉감 지각 능력을 조절'하는 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.

신체의 촉각정보 전달이 조절되는 원리를 이해함으로써 감각장애 치료의 초석을 마련할 것으로 기대된다.

정은지 교수는 “촉감 지각 능력을 조절하는 새로운 뇌 기전을 밝혔다”며 “이번 연구로 감각인지기능 연구의 새로운 방향성을 제시했다”고 의미를 부여했다.

이창준 단장은 “신경세포 뿐 아니라 별세포도 인지 기능에 중추적 역할을 한다는 것을 보여줬다”며 “별세포의 새로운 역할을 밝혀내 감각장애를 비롯한 다양한 뇌 질환 치료에 획기적인 돌파구를 열 것”이라 전했다.

시상 별세포의 촉감 민감도 조절 기작 모식도. ① 시상 별세포에서 DAO효소가 퓨트리신(putrescine)을 GABA로 바꾸어 준다. ② 생성된 GABA는 Best1 통로로 별세포 밖으로 분비된다. ③ GABA는 시상피질 신경세포(Thalamocortical neuron)의 α4β2δ수용체에 붙어 주변 신경세포의 활성과 대사를 억제한다. ④ 신경세포의 신호 처리 효율이 높아진다. ⑤ 촉감 지각 능력(촉감 민감도)이 향상된다. 이때 GABA 분비를 줄이면 신경세포의 촉감 지각 능력이 감소하는 반면, GABA 양을 늘릴 경우 촉감 지각 능력이 증가한다. [IBS]

IBS 인지 및 사회성 연구단은 신경세포 중심의 뇌과학 분야에서 비신경세포인 별세포의 역할을 규명하고 연구하는 데 주력해 왔다. 별세포는 우리 뇌의 70~90%를 차지하고 있지만 중요성과 기능들이 이제 막 알려지고 있는 단계다.

이전 연구에서 연구진은 별세포가 억제성 신경전달물질인 가바(GABA)를 분비해 주변 신경세포에 영향을 준다는 사실을 밝힌 데 이어 인지기능, 언어 학습 능력, 운동 기능 등에도 다양하게 영향을 끼친다는 연구결과들을 내놓았다.

이번 연구에서는시상(視床, Thalamus)에 있는 별세포가 가바를 분비해 신경세포의 감각신호 전달을 제어함으로써 촉감 민감도를 조절하는 원리를 규명했다. 시상은 후각을 제외한 시각·청각·촉각 등 감각정보가 신경세포를 통해 대되 피질로 전달되는 통로다.

우선 연구진은 시상 내 별세포가 신경세포에 영향을 미치는지 알아보고자 별세포의 가바 분비 여부를 확인했다. 그 결과 시상 별세포에서는 ‘다오(DAO, Diamine Oxidase)' 효소가 가바를 만들어 내며, 생성된 가바가 칼슘에 반응하는 ‘베스트1' 통로를 통해 분비되는 것을 확인했다.

나아가 가바가 주변 신경세포의 활성과 대사를 억제하지만, 역설적으로 이들 세포가 다양한 감각신호를 정확하고 빠르게 받아들여 반응하도록 돕는다는 사실을 밝혀냈다.

카메라의 노출값이 지나치게 크면 사진 전체가 백색으로 뒤덮여 사진 속 물체를 식별할 수 없듯이, 신경세포가 과활성되면 다양한 자극을 구분할 수 없게 된다는 설명이다. 즉 가바가 신경세포의 반응 강도를 세분화해 감각신호에 다양하게 반응하도록 하는 것이다. 또한 가바가 시냅스의 정보 통합에 방해가 되는 불필요한 신호(잡음)를 제거하고, 신경세포의 신호 전달 속도를 높여 신호 처리의 효율을 높임을 확인했다.

연구진은 가바의 양이 촉감 지각 능력에 미치는 영향을 알아보기 위해 생쥐를 대상으로 80에서 400까지 거칠기 범위를 가진 사포 구분 실험을 진행했다. 다오 효소를 제거해 별세포의 가바 분비를 억제한 쥐는 정상군이 구분했던 180의 거칠기 차이를 구분하지 못했다. 반면 가바 양을 증가시켰을 때 촉감 지각 능력이 향상돼 80의 미세한 거칠기 차이까지 구분해냈다. 시상 내 별세포의 가바 양을 제어하면 촉감 지각 능력을 조절할 수 있음을 밝힌 것이다.

연구진은 후속 연구로 다오 효소를 통한 별세포의 가바 생성 및 분비가 촉감 뿐 아니라 다른 감각신호 처리에 어떠한 기능을 하는지, 다른 뇌 부위에서도 별세포가 다오 효소를 이용하여 가바를 만드는지, 어떤 역할을 하는지 등을 연구할 계획이다.

이번 연구는 국제학술지 뉴런(Neuron) 온라인 판에 9일 0시(한국시간) 게재됐다.(논문명 : Astrocytes control sensory acuity via tonic inhibition in the thalamus)

(사진 왼쪽부터) 이창준 IBS 인지 및 사회성 연구단장, 정은지 연세대학교 생명공학과 교수(이상 공동교신저자), 고우현 IBS 인지 및 사회성 연구원, 곽한결 연세대학교 생명공학과 박사과정(이상 제1저자) [IBS]

최상국 기자 skchoi@inews24.com





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