[사이언스] 인지·발달장애 관련 새로운 신경회로와 원인유전자 찾았다

뇌 고삐핵에서만 발현되는 유전자 GNG8 결손생쥐에서 인지장애 확인

특허뉴스 선우정 기자 | 기사입력 2020/11/11 [13:59]

[사이언스] 인지·발달장애 관련 새로운 신경회로와 원인유전자 찾았다

뇌 고삐핵에서만 발현되는 유전자 GNG8 결손생쥐에서 인지장애 확인

특허뉴스 선우정 기자 | 입력 : 2020/11/11 [13:59]

 

인지장애 원인유전자 GNG8을 발현하는 뇌신경세포의 동정 / 지적장애, 발달장애 환자의 전유전체 분석을 통해 발굴한 원인유전자 (gng8)의 단백질의 뇌 내 발현 관찰. 내측 고삐핵(MHb)-대뇌다리사이핵(IPN) 회로에서 특이적으로 발현하는 gng8 단백질은 콜린성 신경세포 (ChAT 항체로 염색됨)에서 발현됨을 확인함. 또한, gng8이 결핍된 생쥐의 경우, 인지기능 지표인 ChAT 발현이 현저히 감소한 것을 확인함.(Molecular Psychiatry, 2020) 제공 : 경희대학교 심인섭 교수  © 특허뉴스

 

자폐증을 비롯한 정신질환은 명확한 원인불명, 근본적인 치료부재로 과학적인 접근이 어려웠지만, 최근 환자유전체 빅데이터 활용 및 유전자가위 같은 기술의 발전으로 원인들이 조금씩 밝혀지고 있다.

 

유전자분석은 비용 면에서, 지난 20여 년간 100만 배 이상의 발전을 거듭했으며, 특히 정신질환 같은 희귀질환 환자들을 대상으로 한 국제적 게놈 연구는 수 만 명, 수 십 만 명을 대상으로 하고 있으며, 최근 어마어마한 양(빅 데이터)의 환자유전체 정보가 쏟아지고 있다.

 

정신질환을 일으킬 수 있다는 후보유전자들에 대한 검증을 위해 쉽고, 빠르고, 경제적인 동물모델이 필요하며, 제브라피쉬, 생쥐와 첨단의 유전자가위 기술과 접목하여, 질환모델링 연구가 가속화 되고 있다.

 

이러한 시기, 학습과 기억, 인지기능을 담당하는 새로운 뇌 신경회로 및 원인유전자가 규명됐다.

한국연구재단은 경희대학교 의과대학 심인섭 교수, 충남대학교 김철희 교수 등 공동연구팀이 인지·발달장애 및 뇌 질환 관련 새로운 원인유전자(GNG8)와 신경회로(고삐핵)를 찾아냈다고 밝혔다.

 

연구팀은 앞서 뇌 고삐핵에서 삼돌이유전자가 발현되지 않으면 자폐증으로 이어질 수 있음을 밝힌 바 있다. 그 상세기전을 알아내기 위해 삼돌이처럼 뇌 고삐핵에서 특이적으로 발현되는 새로운 유전자를 찾고자 하였다. 그 결과 인지장애와 관련된 유전자 GNG8을 발굴해냈다.

 

삼돌이는 신경계에서 발현되는 사이토카인(신체 방어체계 조절하는 신호물질) 유전자로 정신질환, 특히 자폐증 관련 핵심인자로 알려져 있다. 2006년 충남대 김철희 교수 연구팀 등이 국제공동연구를 통해 삼돌이로 명명하고 2018년 자폐증과의 관련성을 보고한 바 있다.

 

뇌 고삐핵은 정서, 혐오, 수면 등 감정조절에 관여할 것으로 추정되고 있지만 인지기능과의 관련성은 알려져 있지 않았다.

연구팀은 실제 유전자가위 기술로 GNG8 유전자를 결손시킨 생쥐에서 인지장애가 나타나는 것을 확인하였다. 수동회피검사와 수중미로검사에서 장기기억과 공간학습에 장애가 나타난 것이다.

GNG8의 부재가 학습, 기억, 인지기능의 현저한 저하로 이어진 것임을 유전자결손 생쥐모델을 통해 검증한 것이다.

 

나아가 이러한 인지기능 저하가 뇌 고삐핵에서의 아세틸콜린 생성이 감소된 결과라는 것을 밝혀냈다.

신경세포간 연결을 돕는 아세틸콜린이 적게 만들어지거나 뇌내 콜린성 신경세포의 수가 줄면 인지기능 저하로 이어진다. 실제 알츠하이머성 치매의 기억력 손상 완화에 아세틸콜린분해효소 저해제가 쓰이고 있다.

 

정상생쥐에 비해 GNG8 결손생쥐에서는 기억과 학습을 조절하는 대표적 신경전달물질인 아세틸콜린 및 그 합성효소가 현저히 적게 생성되는 것으로 나타났으며, 학습 및 기억과 관련된 뇌 시냅스 가소성 지표인 해마의 장기 강화(LTP)가 현저하게 감소되었다.

 

실제 아세틸콜린 신호전달을 강화시키는 화합물을 투여하자 생쥐의 장기기억 및 공간학습 장애가 회복되었다.

 

본 연구를 통해 학습과 기억을 담당하는 새로운 뇌 신경회로와 유전자가 밝혀짐에 따라 이를 표적으로 하는 인지, 기억 및 신경퇴행 관련 질환의 치료제 개발 연구의 단초가 될 것으로 기대된다.

 

이번 연구의 성과는 신경과학, 정신의학 분야 국제학술지 몰레큘러 사이키아트리(Molecular Psychiatry)928일 게재되었다.

이 기사 좋아요
  • 도배방지 이미지

인지장애,발달장애,원인유전자,뇌고삐핵,삼돌이,GNG8,자폐증, 관련기사목록
광고