뇌세포에 '연료' 다시 넣자 인지기능 회복…기억력 유지 원리 찾았다[과학을읽다]

한국뇌연구원, 성상교세포 'NPAS3' 단백질 역할 규명
젖산 공급 끊기면 인지 저하…다시 보충하자 기능 회복

국내 연구진이 뇌 속 보조세포인 '성상교세포'가 신경세포에 에너지원인 젖산을 공급해 인지기능을 유지하는 원리를 규명했다. 인지기능이 떨어진 생쥐에 젖산을 다시 공급하자 기억력과 학습능력이 회복되는 사실도 확인했다. 자폐증과 조현병 등 인지장애를 동반하는 신경정신질환의 새로운 치료 전략 개발에 단서를 제공할 것으로 기대된다.

한국뇌연구원(KBRI)은 김주현 박사 연구팀이 미국 버팔로대학교, 존스홉킨스 의과대학과의 국제공동연구를 통해 성상교세포에서 발현되는 'NPAS3' 단백질이 뇌의 정상적인 인지기능을 유지하는 핵심 조절인자라는 사실을 규명했다고 25일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 최신호에 게재됐다.

NPAS3에 의한 성상교세포 대사 이상 및 신경세포 기능 저하 메커니즘. NPAS3 단백질이 신경세포의 연료인 젖산 공급을 조절해 인지기능을 유지하는 반면, NPAS3가 감소하면 젖산 공급이 줄어 인지·학습 장애가 발생한다. 연구진 제공

그동안 NPAS3 유전자 변이는 자폐증과 조현병 등 다양한 신경정신질환에서 나타나는 인지기능 저하와 관련된 것으로 알려졌지만, 어떤 세포에서 어떤 방식으로 작용하는지는 밝혀지지 않았다.

연구팀은 NPAS3가 성상교세포에서 활발하게 발현된다는 점에 주목했다. 성상교세포는 신경세포를 직접 보호하고 에너지를 공급하는 보조세포다.

연구 결과 NPAS3는 성상교세포의 미토콘드리아 에너지 대사를 조절하는 핵심 스위치 역할을 하는 것으로 나타났다. 연구진이 생쥐의 성상교세포에서 NPAS3를 제거하자 에너지 대사가 무너지면서 신경세포의 주요 연료인 젖산 생성이 크게 감소했다.

성상교세포가 신경세포 '연료공급소' 역할

젖산 공급이 줄어들자 전전두엽 신경세포의 전기적 활성과 흥분성 신호 전달이 감소했고, 신경망 연결에 중요한 가시돌기 밀도도 낮아졌다. 결국 인지기능이 저하됐으며, 연구진이 젖산을 다시 공급하자 떨어졌던 인지기능이 유의미하게 회복됐다.

카테리나 무를라노바 미국 버팔로대 연구원(제1저자), 김주현 한국뇌연구원 박사(교신저자), 미하일 플레트니코프 미국 버팔로대 교수(공동 교신저자). KBRI 제공

이번 연구는 성상교세포와 신경세포가 에너지 대사를 통해 긴밀하게 연결돼 있으며, NPAS3가 이 과정을 조절하는 핵심 분자라는 사실을 분자 수준에서 규명했다는 점에서 의미가 크다.

김주현 한국뇌연구원 박사는 "이번 연구는 NPAS3 이상으로 인해 세포소기관, 신경회로, 행동 수준의 이상이 어떤 경로를 거쳐 나타나는지를 규명한 성과"라며 "향후 자폐증과 조현병 등 신경정신질환의 병리기전을 이해하고 새로운 치료 전략을 개발하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대한다"고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr