작성일 : 17-09-10 17:32
게이코 야마모토 KIST 박사 연구팀 "뇌 부위 특성 연구 활용" 소뇌 '안정적 학습 메커니즘' 규명
 글쓴이 : happy
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세포내 수송을 방해하는 Rab7TN을 LOV에 결합시켜 세포내에 발현하고 전기적으로 세포에 시냅스억제를 유도한 후 특정 시점에 푸른 빛을 가해 세포내 수송을 방해함.<사진=KIST 제공 >
세포내 수송을 방해하는 Rab7TN을 LOV에 결합시켜 세포내에 발현하고 전기적으로 세포에 시냅스억제를 유도한 후 특정 시점에 푸른 빛을 가해 세포내 수송을 방해함.<사진=KIST 제공>

국내 연구팀이 소뇌 시냅스의 안정적인 학습 메커니즘을 규명했다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 게이코 야마모토 뇌과학연구소 기능커넥토믹스연구단 박사 연구팀이 뇌 부위인 소뇌의 시냅스를 이용해 학습 메커니즘을 규명했다고 7일 밝혔다.

시냅스는 뇌세포끼리 신호를 전달하는 세포의 작은 부위다. 시냅스에서 자극의 세기, 반복 정도 등에 따라 신호의 전달 효율이 달라진다. 결국 똑같은 자극에 대해 정보처리 방식도 달라진다.

연구팀은 세포내 수송경로가 정보전달 효율 변화와 유지의 핵심 기작으로 쓰인다는 가설을 증명했다. 또 변화한 효율의 유지를 유발하는 스위치 체계를 발견해 소뇌 시냅스의 학습 메커니즘을 규명했다.

연구팀은 푸른빛을 흡수하는 동안만 세포내 수송을 방해하는 새로운 광유전학 단백질(LOV-Rab7TN)을 개발했다. 먼저 전기적 자극을 가해 시냅스 억제 스위치를 작동시키고 억제를 유지시키는 스위치가 켜질 것이라 예상되는 특정시점(억제 유도 후 약 15분 후)에 맞춰 빛을 가했다. 세포내 수송을 방해하는 광유전학 단백질을 활성화시켰다.

특정시점을 벗어난 푸른빛은 시냅스 정보전달 효율 변화에 아무런 영향을 미치지 못하고, 유지 스위치 작동 시점에 맞추게 되면 성공적으로 시냅스억제를 중단시킬 수 있었다.

소뇌 시냅스는 효율 변화를 일으키는 자극에 항상 노출되어있지만, 변화 스위치와 유지 스위치가 순차적으로 작동하므로 안정적인 학습이 가능해진다. 연구팀은 일시적인 스위치 작동만으로도 시냅스가 안정적인 상태를 유지할 수 있다는 것을 밝혀냈다.

특히 이 순차적 스위치 체계는 세포내 수송체계를 통해 구현되고 연구팀이 개발한 광유전학 단백질을 통해 성공적으로 조절할 수 있음을 보였다.

게이코 박사는 "소뇌에서 시냅스 신호전달 효율 변화를 유지하는 메커니즘을 밝히고 빛을 이용해 이를 조절할 수 있다"라며 "향후 움직임의 미세한 조정에 어려움을 겪거나 그런 조정을 학습하는 데 어려움을 겪는 환자들의 재활에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구성과는
과학저널인 'Nature Communications'(IF: 12.124)에 9월 1일자로 온라인 게재됐다.