[생활과학] 뇌세포가 작동하고 정지하는 과정을 분석할 수 있는 기술이 개발되었다.

[생활과학] 뇌세포가 작동하고 정지하는 과정을 분석할 수 있는 기술이 개발되었다.

 

 

 

미국의 한 연구팀이 뇌세포의 활동을 실시간으로 관찰하는 기술을 개발했습니다. 이 기술은 뇌기능과 질환에 대한 연구에 활용될 것으로 기대됩니다.

미국 연구진은 뇌 신경세포가 언제 활성화되고 비활성화되는지를 측정할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 연구팀은 이 기술을 통해 뇌의 정상적인 기능뿐만 아니라 우울증이나 알츠하이머병과 같은 질환에서 뇌의 '꺼짐 스위치'가 어떻게 잘못 작동하는지를 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

미국 스크립스연구소의 리 예 교수팀은 24일 과학저널 '뉴런'에 게재한 논문에서 광유전학 기술을 이용해 뇌신경세포를 반복적으로 켜고 끄는 과정에서 단백질인 pPDH가 증가하는 것을 확인했으며 이는 해당 세포가 비활성화 상태임을 나타내는 신호라고 설명했다.

과학자들은 수십 년간 여러 가지 뇌세포 집단이 언제 활성화되는지를 추적하여 뇌의 복잡한 활동 양상을 밝혀냈다. 신경세포의 활동이 얼마나 지속되는지, 또 언제 멈추는지를 파악하는 것은 뇌기능과 질환을 이해하는데 있어 핵심적인 요소이다.

예 교수는 "뇌는 일반적으로 뉴런을 억제해서 활동을 조절하는데, 과학자들이 지금까지 이 과정을 추적하는 방법을 찾으려고 노력했으나 성공한 사례가 거의 없다"고 말했습니다. ##.

연구팀은 이 사실을 입증하기 위해 빛으로 세포의 활동을 조절하는 광유전학 기술을 사용하여 신경세포를 여러 번 자극하거나 억제하며 이때 나타나는 단백질들의 변화를 관찰하였다.

그 결과 뇌세포가 억제된 직후, 즉 신경세포의 활동이 멈춘 후에는 에너지 생성에 관여하는 단백질인 피루베이트 탈수소효소(PDH.pyruvate dehydrogenase)의 활성이 급격히 증가한다는 사실을 발견했다.

예 교수는 "뉴런이 신호를 방출할 때에는 많은 에너지가 필요하지만, 뇌는 뉴런들이 더 이상 활동하지 않을 때에는 에너지 절약을 위해 PDH 단백질을 빠르게 차단한다"고 설명했다. ##.

뇌세포의 활동이 멈추면 바로 피루브산 탈수소효소(PDH)에 인산기가 붙게 된다. 인산기의 꼬리가 달린 피디에이치(pPDH)는 그 기능을 상실하여 더 이상 에너지를 생산할 수 없게 된다.

연구팀은 또 PDH만을 인식하는 항체를 찾아냈고 이를 이용해 PDH의 수치를 측정함으로써 뇌세포가 억제된 상태인지 활성화된 상태인지 구분할 수 있는 기술을 개발했다.

이 항체를 이용해 마취한 생쥐의 뇌에서 PDH수치를 측정한 결과, 뇌 전체의 PDH수치가 높아진 것으로 나타났다. 뇌세포가 마취를 하면 대부분 활동을 하지 않는다.

또한, 동물에게 밝은 빛을 쬐었다가 갑자기 어두운 곳으로 옮기는 실험에서도 같은 결과를 확인할 수 있었다. 이 경우에도 망막에서 시작된 전기 신호가 대뇌로 전달되는 과정 중 하나인 시각 피질의 세포 내 칼슘 농도 조절 단백질(pPDH)이 빛에 노출되었을 때 감소하였다가 불을 끄면 바로 다시 높아지는 것을 관찰하였다.

이는 식욕과 관련된 뇌의 영역에서도 동일하게 나타났다. 쥐가 음식을 먹기 시작하면 식욕과 관련된 뇌세포의 활동이 줄어드는 것으로 나타났다.

연구팀은 이 결과가 식욕, 비만, 체중 감량 약물 등을 이해하는 데 영향을 미칠 수 있으며, 더 나아가 건강한 사람과 다양한 뇌 및 대사 질환 환자의 뇌세포 억제 수준을 비교하는 데도 pPDH 항체를 활용할 수 있을 것이라고 설명했다.

이 기술을 활용하면 뇌세포에 대한 이해와 더불어 다양한 연구에도 도움이 될 것으로 기대됩니다.