"치매 치료 앞당기나" 뇌 속 '별세포'의 반전…'오래가는 기억' 비밀 찾았다 [과학을읽다]

IBS·한국뇌연구원, 별세포 단백질 'Ank2' 장기 기억 유지 원리 규명
별세포 신호만 조절해 기억력 향상 입증…치매·인지저하 치료 단서 기대

오랫동안 잊히지 않는 기억을 유지하는 핵심 역할이 신경세포(뉴런)가 아닌 뇌 속 '별세포(아스트로사이트)'에 있다는 사실이 국내 연구진에 의해 처음 규명됐다. 연구진은 별세포의 특정 단백질만 조절해 기억을 더 오래 유지할 수 있다는 점까지 동물실험으로 입증해 치매와 노화에 따른 인지 저하 치료의 새로운 가능성을 제시했다.

기초과학연구원(IBS)은 기억 및 교세포 연구단이 한국뇌연구원(KBRI)과 공동연구를 통해 별세포 내 단백질 'Ank2(Ankyrin-2)'가 장기 기억 유지에 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다고 7일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 이날 온라인 게재됐다.

별세포가 장기 기억을 유지하는 핵심 조절 메커니즘. 장기 기억 형성 과정 모식도. 충분한 학습 후 생성된 BDNF 신호가 별세포의 Ank2를 통해 엔그램 신경세포와의 접촉을 늘려 기억을 오래 유지한다. 반대로 Ank2가 없으면 장기 기억이 약화되며, 광유전학으로 BDNF 신호를 활성화하면 기억 유지가 회복된다. 연구팀 제공

뉴런 아닌 '별세포'가 기억 유지 조절

기억 연구는 그동안 신경세포인 뉴런을 중심으로 이뤄져 왔다. 하지만 기억이 수주에서 수년간 유지되는 원리는 명확히 밝혀지지 않았다.

연구진은 뉴런을 둘러싸며 신경세포 활동을 조절하는 별세포에 주목했다. 특히 별세포에 풍부하게 존재하는 Ank2 단백질이 장기 기억 유지에 관여할 것으로 보고 생쥐 실험을 진행했다.

그 결과 별세포에서만 Ank2 유전자를 제거한 생쥐는 학습 직후의 최근 기억은 정상적으로 유지했지만, 2주 뒤 측정한 장기 기억은 크게 떨어졌다.

또한 Ank2가 결핍된 별세포는 구조가 단순해졌고, 기억을 저장하는 엔그램(engram) 신경세포와의 물리적 접촉도 감소했다. 학습과 기억 형성의 핵심 과정인 장기강화(LTP) 유지 능력 역시 저하된 것으로 확인됐다.

기억 형성과 유지의 핵심 뇌 영역, 해마를 가득 채우고 있는 별세포. 별세포는 신경세포 기능을 조절하는 교세포로, 장기 기억 유지의 핵심 역할을 한다. 연구팀은 별세포 신호를 선택적으로 활성화하는 것만으로 기억을 더 오래 유지할 수 있음을 입증했다. 연구팀 제공

이는 별세포가 단순히 뉴런을 보조하는 세포가 아니라 장기 기억을 안정적으로 유지하는 데 직접적인 역할을 한다는 사실을 보여준다고 연구진은 설명했다.

별세포 신호만 자극해 기억력 향상

연구진은 기억 유지의 분자 메커니즘도 규명했다.

Ank2는 별세포 내부의 칼슘 신호 전달을 조절하는 역할을 하며, Ank2가 사라지면 칼슘 신호가 약해져 기억 형성에 중요한 뇌유래신경영양인자(BDNF)에 대한 반응도 감소하는 것으로 나타났다.

반대로 광유전학 기술을 이용해 별세포의 BDNF 신호 경로만 선택적으로 활성화하자 실험동물은 기존보다 기억을 더 오래 유지했다.

연구팀 사진. (왼쪽부터) 고우현 IBS 기억 및 교세포 연구단 연구위원(교신저자), 김주영 (前)IBS 기억 및 교세포 연구단 박사후연구원(제1저자), 김하영 IBS 기억 및 교세포 연구단 석사과정(제1저자), 임지운 IBS 기억 및 교세포 연구단 통합과정(제1저자). IBS 제공

연구진은 이번 연구가 기억력 향상을 위해 뉴런이 아닌 별세포를 표적으로 삼을 수 있음을 보여준 첫 사례라고 설명했다.

고우현 IBS 기억 및 교세포 연구단 연구위원은 "신경세포 중심으로 이해돼 온 기억 연구의 관점을 별세포까지 확장했다는 점에서 의미가 크다"며 "노화와 우울증에 따른 인지 저하, 알츠하이머병 등 다양한 기억 관련 뇌질환 연구의 새로운 방향을 제시할 것으로 기대한다"고 말했다.

이어 "향후 자폐스펙트럼장애와 지적장애 등 뇌발달장애에서 별세포의 Ank2가 어떤 역할을 하는지까지 연구를 확대할 계획"이라고 전했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr