□ 한국뇌연구원(KBRI, 원장 서판길)은 이계주·김윤주 박사 등 한국뇌연구원이 주도한 국제공동 연구팀(미국 조지타운대학 참여)이 신경 단백질(MAP2)의 새로운 시냅스 강화 기능을 발견했다고 6일 밝혔다.

 ○ 연구결과는 생물학 분야의 저명 학술지 'FASEB Journal’ 온라인 판에 게재되었으며, 논문명과 저자는 다음과 같다.
   * (논문명) Microtubule-associated protein 2 mediates induction of long-term potentiation in hippocampal neurons <시냅스 장기강화를 유도하는 미세소관결합단백질 2의 신기능 규명>
   * (저자 정보) 김윤주(제1저자), 장유나, 김지영, 김나리, 노슬기, 김혜연, Bridget Queenan, Ryan Bellmore, 문지영, 박형주, 라종철, Daniel Park, 이계주*(교신저자*)

□ 우리 뇌에 존재하는 신경세포들은 시냅스(synapse)라는 연접부위를 통해 소통하는데, 시냅스는 평생에 걸쳐 새로이 형성, 유지되고 소멸하면서 뇌의 기능을 조절한다. (시냅스 가소성)

□ 장기강화는 대표적 시냅스 가소성 현상으로, 반복적 자극에 의해 시냅스의 크기와 활성이 지속적으로 향상되는 상태를 말한다.    시냅스 크기와 활성의 증가를 곧 정보 저장의 원리로 보기 때문에, 장기강화는 학습과 기억을 설명하는 중요한 세포학적 기전으로 알려져 있다. 그러나 아직까지 분자 수준의 정확한 신호전달 원리에 대한 이해는 부족하다.

□ 연구팀은 성숙한 신경세포에서 장기강화를 유도하는 데 MAP2* 단백질이 필수적으로 작용한다는 사실을 최초로 밝혔다.
   ※ MAP2 (미세소관결합 단백질 2) : 주로 신경세포의 수상돌기에서 특이적으로 발현하며,  수상돌기의 성장에 중요한 인자로 알려져 있었다.

○ 연구팀은 동물모델의 해마 신경회로에서 MAP2 단백질이 결핍되면 장기강화 현상이 유도되지 않는 것을 전기신호 측정, 영상분석 등 다양한 신경생물학적 연구기법을 통해 규명하였다.

○ 또한 신경세포의 수상돌기에 위치하는 MAP2가 장기강화 자극 시 시냅스로 빠르게 이동하는 현상을 실시간 세포관찰 현미경, 전자현미경으로 발견하였다. 이때, 시냅스의 활성 향상에 중요한 AMPA 수용체*의 수가 많아지고, 수상돌기 가시*의 크기도 증가함을 확인하였다.
   ※ AMPA 수용체 : 신경세포의 흥분성 시냅스에 존재하는 이온성 글루탐산 수용체의 일종으로 시냅스에서 일어나는 빠른 신경전달을 매개한다.
   ※ 수상돌기 가시(dendritic spine) : 신경세포 수상돌기 표면에 작게 돌출된 구조로서, 흥분성 시냅스의 시냅스후 구조로 기능한다.

□ 본 연구는 이제까지 수상돌기 표지단백질로만 알려졌던 MAP2가 시냅스 강화를 유도하는 과정에도 참여함으로써 궁극적으로 기억 형성에 관여할 가능성을 밝혔다는데 의의가 있다.

○ 또한, 인류의 오랜 숙원인 “기억은 어떻게 생성되고 유지 되는가”에 대한 해답에 한 발짝 다가감으로써, 향후 치매 등 기억 관련 질환에 응용 가능한 기초 정보를 제시한 것으로 평가된다.

□ 이번 연구를 이끈 한국뇌연구원 이계주 박사는 “MAP2의 시냅스 이동 현상이 인지행동에 미치는 영향을 후속 연구할 예정"이라며, “본 연구가 자폐증, 조현병, 알츠하이머 등 시냅스 손상성 뇌질환 연구에 중요한 원천 자료로 활용되길 바란다”고 밝혔다.

□ 본 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 한국뇌연구원 기관고유사업(20-BR-01-08, BR-04-01), 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발(2017M3C7A1048086), 신진연구자지원(2015R1D1A1A01058889) 과제의 도움으로 수행되었다.