우리 몸 운동능력 조절하는 소뇌, 
비신경세포가 소뇌에 관여하는 매커니즘 밝혔다.     
 
 - KIST-단국대 공동연구팀, 비신경세포(별세포) 속 전달물질의 신경활성 조절기능 규명
 - 소뇌 운동능력에 직접적 관여, 향후 뇌 손상으로 인한 운동 장애 및 질병 치료 기대

 

소뇌(Cerebellum)는 우리 몸의 평형유지 등에 관여하는 정밀한 제어기관으로, 운동 능력과 밀접하게 관련이 있다. 따라서 소뇌의 기능저하는 보행, 운동, 손의 움직임 등에 장애를 가져올 수 있고, 안구운동, 언어구사의 문제와도 연결되어있다고 알려져 있다. 이렇듯 소뇌의 신경세포가 손상되거나 신호전달이 이루어지지 않으면 운동신경 및 인지기능에 장애가 올 수 있다. 최근 국내연구진이 소뇌의 운동능력에 관여하는 신경세포의 역할 외에도, 비신경세포에서 나온 억제성 전달물질이 신경세포의 활성을 조절하여 운동 능력에 관여한다고 밝혔다. 

 

이창준 박사윤보은 교수

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 신경교세포연구단 이창준 박사 연구팀은 단국대학교 윤보은 교수팀과의 공동연구를 통해 뇌의 비신경세포인 ‘별세포’*에서 합성되어 지속적으로 분비되는 ‘가바’**라는 물질이 신경세포의 활성을 조절하고 나아가 운동 능력에 관여하는 것을 세계 최초로 밝혔다. 
*별세포(Astrocyte) : 신경세포 주변의 비신경세포. 비신경세포(Glia)에서 가장 큰 비중을 차지하는 세포로 뇌와 척수에 존재하는데, 별모양을 하고 있어 별세포라 일컬어진다. 신경세포의 이온농도 조절, 노페물 제거, 식세포작용 역할
 **지속적 가바(Tonic GABA) : 신경계의 균형을 유지하는데 중요한 물질. 신호를 전달하는 물질 중 억제성 물질인 가바는 다양한 작용방식으로 분출되는데 그 중 지속적 가바는 비신경세포에서 지속적으로 분비되어 지속적 가바로 불린다.  
 

<그림 1> 소뇌에서 지속적 가바의 증가와 감소 지속적 가바의 분비의 채널을 담당하는 Best1이 결손된 마우스에서 지속적 가바가 현저히 감소됨을 확인하였고 (좌), 지속적 가바의 합성을 담당하는 효소인 MAOB가 별세포에서는 특이적으로 과발현되게 유도한 마우스에서는 지속적 가바가 증가함을 확인하였다 (우).<그림 2> 지속적 가바의 증가와 감소에 따라 조절되는 소뇌의 시냅스 전달 지속적 가바의 분비가 저해된 Best1 KO 마우스에서는 소뇌 신경세포의 발화 빈도가 증가해(붉은색 라인 증가) 신경전달이 원활하게 이루어졌고, 지속적 가바가 증가한 GFAP-MAOB 마우스에서는 반대현상이 나타나는 것을 소뇌의 MF-PC 시냅스 (좌) 및 PF-PC 시냅스에서 확인하였다.

   
KIST 이창준 박사팀은 소뇌 속의 비신경세포인 별세포가 억제성 신호전달 물질인 가바를 생산하고 분비하는 역할을 하며, 비신경세포에 항상 존재하는 ‘지속적 가바’는 뇌 내 흥분과 억제의 균형 유지에 필수적인 기작으로 소뇌 신경세포의 흥분 정도, 신호전달, 시냅스의 환경에 따른 구조 ·기능적 변화 등을 조절한다는 것을 확인하였다. 또한 동물 행동실험을 통해 이것이 소뇌의 주기능인 운동조절기능에 기여한다는 것을 밝혔다.

 

 

<그림 3> 비신경세포 유래 지속적 가바의 소뇌의 운동능력 조절 양상 생쥐의 행동실험 장치 모형으로 원형의 회전하는 장치위에서 생쥐가 떨어지는 시간을 측정, 시간이 길수록 운동능력이 향상되는 것을 의미한다. 지속적 가바 분비가 저해된 Best1 KO 마우스와 지속적 가바의 합성이 저해된 MAOB KO 마우스에서 운동조절능력이 향상됨을 확인하였고, 별세포 특이적으로 MAOB의 과발현을 유도하여 지속적 가바 분비가 비정상적으로 늘어난 GFAP-MAOB 마우스에서는 운동조절능력이 감소됨(네번째 그래프)을 확인하였다.

 

연구진은 실험을 통해 실험쥐에게 저해제를 먹여 ‘지속적 가바’의 생산을 감소시킨 쥐와 유전자 변이를 통해 ‘지속적 가바’를 분비하는데 문제가 생긴 쥐는 운동조절이 향상된 반면, ‘지속적 가바’의 생산을 비정상적으로 증가(활성화)시킨 쥐는 운동능력 감소 및 조절기능이 떨어진 것을 확인했다. 또한, ‘지속적 가바’의 생산이 감소된 쥐의 경우 대조군에 비하여 30~60% 까지 운동 능력이 향상되었으며, ‘지속적 가바’가 과잉 증가된 경우에는 대조군에 비하여 운동능력이 40%정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

 

본 연구는 KIST 연구진이 사이언스지(2010년), 세계생리학회지(2014년)에 발표한 연구결과에 대한 후속연구로, 선행 연구들을 통해 비신경세포에서 억제성 신경전달물질인 가바가 분비되고, 합성된다는 연구 결과를 발표한바 있다. 연구진은 이를 바탕으로 기존 연구 결과에서 생리적 기능에 대해 보고된 것이 없는 ‘지속적 가바’가 뇌에서 신경세포의 활성과 신호전달에 미치는 영향을 밝혔고, 그것이 운동조절이라는 생리적 역할과 직접적 연관이 있다는 것을 규명하여 비신경세포가 뇌 기능 조절에 중요하게 작용함을 밝혔다.

 

KIST 이창준 박사는 “현재 소뇌의 손상 및 퇴화와 관련된 운동장애는 추가적인 손상을 늦추거나 장애의 진행을 막는 정도의 치료가 이루어지고 있다. 본 연구를 바탕으로 소뇌 운동실조증으로 인한 운동질환(보행장애, 균형장애)과 흥분·억제 균형 이상으로 발생한 질환(안구운동 장애 등)에 대해 보다 적극적이고 근본적인 치료가 가능할 것으로 전망한다”고 밝혔다.

 

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 한국연구재단 뇌과학원천기술개발사업, 리더연구자사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 미국 국립과학원 회보(PNAS, Proceedings of National Academy of Sciences, U.S.A.) (IF : 10.4, JCR 상위 : 5.469 % ) 최신호에 게재되었다.

 

* (논문명) Control of motor coordination by astrocytic tonic GABA release through modulation of excitation/inhibition balance in cerebellum
        - (제 1 저자) 한국과학기술연구원 우준성 박사
        - (교신 저자) 한국과학기술연구원 이창준 박사, 단국대학교 윤보은 교수

 

Posted by KIST PR

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