[충청뉴스 이성현 기자] 기초과학연구원(IBS)은 혈관 연구단 정원석 부연구단장과 김재익 부교수 공동 연구팀이 운동 학습 과정에서 별아교세포가 도파민 신호에 반응해 시냅스를 선택적으로 제거함으로써 신경 회로를 재편한다는 사실을 규명했다고 24일 밝혔다.
이번 성과는 도파민 관련 질환의 치료 전략 수립에 새로운 방향을 제시했다고 평가된다.
시냅스의 생성과 소멸은 그동안 주로 신경세포 중심으로 연구돼 왔다. 최근 별아교세포와 미세아교세포 등 교세포가 시냅스 형성과 제거에 관여한다는 사실이 알려졌지만 실제 운동 학습 과정에서 이들이 어떤 기준과 원리로 시냅스를 정리하는지는 명확히 밝혀지지 않았다.
연구팀은 이러한 공백에 주목해 운동 학습 중 시냅스 재구성이 어떤 세포 기전에 의해 조절되는지 규명하는 데 초점을 맞췄다.
연구진은 생쥐의 반복적인 운동 학습 과정을 추적하며 뇌 속 시냅스 변화를 고해상도 이미징으로 관찰했다. 그 결과 학습이 진행될수록 별아교세포의 포식작용이 유의하게 증가했다.
이 과정은 별아교세포의 포식 수용체 MEGF10에 의해 주도되는 것으로 나타난 반면 다른 교세포들은 운동 학습 과정에서 시냅스 제거에 거의 관여하지 않아 운동 학습 중 시냅스 정리가 별아교세포의 고유 기능임이 확인됐다.
연구팀은 이어 별아교세포가 어떤 기준으로 시냅스를 선택하는지 분석했다. 대뇌 운동 피질의 신경 활동을 인위적으로 증가시키자 별아교세포의 시냅스 포식 역시 함께 증가했다. 이는 신경 회로의 활성 수준이 시냅스 재정비의 강도를 결정하는 신호로 작용함을 의미한다.
특히 연구진은 운동 학습과 보상에 핵심적인 신경전달물질인 도파민에 주목했다. 도파민 분비를 조절한 결과 별아교세포의 시냅스 제거 양상은 뇌 선조체(Striatum) 내 서로 다른 신경세포 유형에서 상반되게 나타났다.
D1 수용체 발현 세포에서는 시냅스 제거가 감소해 연결이 강화된 반면 D2 수용체 발현 세포에서는 제거가 증가해 회로가 정리됐다. 이는 별아교세포가 도파민 신호를 해석해 특정 회로는 유지하고 다른 회로는 선택적으로 제거하는 ‘정밀 리모델링’을 수행함을 보여준다는 게 연구진 설명이다.
정원석 부연구단장은 “학습은 새로운 시냅스를 만드는 과정일 뿐 아니라, 불필요한 연결을 제거해 회로를 정교하게 재배선하는 과정까지 포함한다”며 “이번 연구는 그 중심에 별아교세포와 MEGF10이 존재한다는 사실을 체계적으로 규명했다는 점에서 의의가 크다”고 말했다.
