【브레이크뉴스 대구】이성현 기자=DGIST(총장 국양)는 뇌·인지과학전공 고재원 교수 연구팀이 뇌 시냅스 발달을 매개하는 시냅스 접착단백질 간의 핵심 신호전달 경로를 발견했다고 21일 밝혔다.

▲ 뇌·인지과학전공 고재원 교수(우), 제1저자인 한경아 연구교수(좌)     ©DGIST

뇌는 수많은 신경세포로 이루어져 있다. 한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 연결되어 다양한 신경회로를 형성한다. 이를 통해 정상적인 학습, 기억 등의 기능을 담당한다. 이러한 신경세포 간 연결부위 역할을 하는 시냅스는 전(前)시냅스(presynapse)와 후(後)시냅스(postsynapse)로 구성되어져 있는데, 전시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면서 뇌 기능이 작동한다.

이 때 시냅스 형성 과정을 매개하는 중요한 인자가 바로 시냅스 접착 단백질이다. 시냅스 접착 단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌 질환이 일어난다. 이 때문에 시냅스 접착 단백질의 기능을 완벽히 밝혀내면 뇌 질환 치료에 큰 도움이 될 수 있다. 하지만 다양한 종류의 시냅스 접착 단백질들이 어떻게 상호작용하면서 시냅스의 형성과 유지, 소멸을 매개하는지에 대한 정확한 기전은 밝혀지지 않았다.

이에 고재원 교수 연구팀은 전시냅스의 여러 접착단백질 중 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질이 서로 상호작용하면서 시냅스를 형성함을 최초로 발견했다. 또한 이러한 상호작용은 동물세포 내 다당류인 ‘헤파란 설페이트(Heparan sulfate)’에 의해 정교하게 조절되고 있음을 확인했다. 기존 학계에서는 이 두 단백질이 각기 독립적인 메커니즘을 통해 시냅스 형성을 매개한다고 알려져 왔었기에 더욱 의미가 큰 발견이다.

연구팀은 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질을 각각 하나씩 또는 동시에 삭제한 초파리 유충들을 개별 제작 후, 신경근접합부에서의 신경전달 및 전시냅스 봉오리 숫자를 분석했다. 이를 통해 두 초파리의 비슷한 유전자 서열을 가진 유전자가 생체 내에서 상호작용하며 시냅스 구조 및 기능 조절의 메커니즘을 규명했다.

DGIST 고재원 교수는 “이번 연구는 시냅스 접착단백질인 PTP시그마와 뉴렉신으로 구성된 복합체가 다양한 전시냅스 및 후시냅스 단백질들과 협업하는 복잡한 신호전달 경로를 밝힌 것”라며, “지속적인 심화연구를 통해 시냅스 발달을 매개하는 보편적 분자원리를 확립하겠다”고 소감을 밝혔다.

이번 연구 성과는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료인재양성지원사업으로 수행됐으며, 뇌‧인지과학전공 한경아 연구교수가 제1저자로 참여했다. 아울러 뇌신경과학 분야의 저명 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스(The Journal of Neuroscience)’’에 10월 9일자 온라인 게재됐다.

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

 DGIST Professor Jaewon Ko's research team identifies key protein mechanisms that contribute to brain synapse development

[Break News Daegu] Reporter Seong-Hyun Lee = DGIST (President Kookyang) announced on the 21st that the research team of Professor Jaewon Ko's research team in the Department of Brain and Cognitive Science has discovered a key signaling pathway between synaptic adhesion proteins that mediate brain synaptic development.

The brain is made up of numerous nerve cells. A single nerve cell connects to thousands of other nerve cells to form various neural circuits. Through this, it is responsible for functions such as normal learning and memory. The synapse, which serves as a connecting site between neurons, is composed of presynapse and postsynapse. When neurotransmitters are released from the presynapse, the neurotransmitter receptors of the postsynapse While sensing, brain functions work.

At this time, an important factor mediating the synapse formation process is the synaptic adhesion protein. If the function of the synaptic adhesion protein is abnormal, a problem occurs in the neural circuit connection and brain disease occurs. For this reason, fully revealing the function of synaptic adhesion proteins can be of great help in treating brain diseases. However, the exact mechanism of how various types of synaptic adhesion proteins interact and mediate the formation, maintenance, and disappearance of synapses has not been identified.

Accordingly, Prof. Jae-won Ko's research team discovered for the first time that PTP sigma protein and neurorexin protein interact with each other to form synapses among the various adhesion proteins of the wartime naps. In addition, it was confirmed that these interactions are precisely regulated by “Heparan sulfate,” a polysaccharide in animal cells. This is a more meaningful discovery because it has been known that these two proteins mediate synapse formation through independent mechanisms.

The research team produced individual Drosophila larvae that had deleted PTP sigma protein and neurorexin protein one by one or at the same time, and then analyzed the number of neurotransmission and pre-naptic buds at the neuromuscular junction. Through this, the mechanisms of synaptic structure and function regulation were elucidated by the interaction of genes with similar gene sequences of two Drosophila in vivo.

Professor Jaewon Ko of DGIST said, “This research reveals a complex signaling pathway in which a complex composed of synaptic adhesion proteins PTP sigma and neurorexin cooperates with various pre- and post-synaptic proteins.” “Synaptic development through continuous in-depth research "We will establish a universal molecular principle that mediates "."

The results of this research were carried out as a support project for nurturing health care personnel supported by the Ministry of Health and Welfare and the Korea Institute for Health Industry Promotion, and research professor Han Kyung-ah, majoring in brain and cognitive science, participated as the first author. In addition, it was published online on October 9 in “The Journal of Neuroscience,” a renowned international academic journal in the field of neuroscience.