카이스트 연구팀, 인지 기능 저하 원인 제시
국내 연구팀 노화와 치매 뇌에서 비정상적 별아교세포가 생겨나는 것을 관찰하고 그 원인을 규명했다. 신경 세포의 연결점인 시냅스의 숫자, 기능 유지에 악영향을 줄 수 있음을 알아냈다.
노화에 따른 인지 기능 저하를 일으키는 새로운 원인을 제시해 뇌 기능 회복에 활용이 기대된다.
카이스트(KAIST, 총장 이광형)는 생명과학과 정원석 교수와 이은별 박사, 정연주 박사 연구팀이 노화된 뇌에서 기존에 알려지지 않은 새로운 종류의 별아교세포를 발견했다고 8일 발표했다.
정원석 교수 연구팀은 이전 연구를 통해 비신경세포인 별아교세포가 신경세포의 시냅스를 만들 수도 또는 제거할 수도 있음을 밝힌 바 있다. 이 같은 별아교세포의 기능이 노화 과정에서 어떻게 변화하는지는 알려지지 않았다.
연구팀은 노화된 뇌에서 별아교세포의 기능 변화를 이해하기 위해 단일 세포RNA 시퀀싱을 수행했다. 그 결과 기존에 노화와 질병 뇌에서 존재한다고 알려진 염증성 별아교세포가 아닌 새로운 종류의 별아교세포가 존재함을 발견했다.
이들은 뇌에서 단기 기억을 저장한다고 알려진 해마에서만 노화 과정에서 선택적으로 생겨났다. 이들 세포 내에는 불필요한 단백질을 제거하는 기전으로 알려진 자가포식(autophagy) 과정에서 생겨나는 오토파고좀(autophagosome)이 무분별하게 축적돼 있음을 밝혔다.
[ APDA세포와 근접하게 위치하고 있는 신경세포들의 잔가지들을 관찰한 결과. 시냅스의 구조 및 수가 비정상적으로 감소해 있음을 볼 수 있다. ]
오토파고좀은 자가포식 과정에서 생겨나는 주머니 형태의 세포 소기관으로 세포내 불필요한 물질을 제거하기 위한 자가포식소체를 일컫는다. 이 같은 특징을 나타내기 위해서 연구팀은 중의적 표현으로 새로 발견한 별아교세포를 ‘아프다(APDA, AutoPhagy-Dysregulated Astrocyte)’ 세포로 이름 붙였다.
별아교세포는 미세한 잔가지들을 통해서 수만 개의 시냅스를 감싸고 있다. 글루타메이트(glutamate), 가바(GABA)와 같은 신경 전달 물질과 다양한 이온들의 농도를 조절하는 역할을 수행함이 알려져 있다.
APDA 세포들에서는 다양한 단백질들이 본래 위치에서 벗어나 오토파고좀에 갇혀 있는 현상이 발견됐다. 별아교세포가 시냅스를 만들거나 제거하는 능력이 모두 상실돼있음을 발견했다.
연구팀은 자가포식 작용이 비정상적으로 조절되고 있음에 착안해 자가포식 작용에 영향을 주는 다양한 기전을 연구한 결과, 노화가 진행될수록 해마에 존재하는 별아교세포에서만 엠토르 (mTOR, 세포의 성장과 분열을 조절하는 단백질 합성의 신호체계)와 프로테아좀(proteasome, 단백질 분해 효소 복합체) 활성도가 크게 감소함을 확인했다.
노화가 진행됨에 따라 다른 세포보다도 별아교세포에서 엠토르와 프로테아좀 기능이 감소함에 따라 자가포식 작용이 무분별하게 발생함을 밝힌 것이다. 만들어진 오토파고좀들이 원래는 리소좀(lysosome)에 의해 분해돼 제거되는데 APDA 세포들은 리소좀의 활성마저도 감소해 있음을 보였다.
KAIST 생명과학과 이은별 박사과정 학생과 정연주 박사 후 연구원이 공동 제1 저자로 참여하고, 정원석 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구(논문명: A distinct astrocyte subtype in the aging mouse brain characterized by impaired protein homeostasis)는 국제학술지 `네이쳐 에이징 (Nature Aging)'에 지난 8월 1일 자로 온라인에 공개했다.