쥐 '뇌 신경망' 3D지도 완성..파킨슨씨병·자폐증 적용가능

(아주경제 권석림 기자) 포유동물의 복잡한 뇌 신경망을 입체 영상(3D)으로 그려냈다.

이 기술을 활용해 사람의 정확한 뇌 신경망 지도를 그릴 수 있다면, 파킨슨씨병이나 자폐증 등 대표적 신경 질환의 원인 분석과 치료에도 도움이 될 전망이다.

교육과학기술부와 한국과학기술연구원(KIST)은 뇌질환 원인 등을 연구하는 김진현 기능커넥토믹스WCI센터 박사 연구팀이 미국 자넬리아 팜 캠퍼스 연구진과 함께 녹색형광단백질(GFP)를 이용, 쥐의 뇌 신경세포들이 신호를 주고 받는 연결 부위인 시냅스(synapse)의 정확한 위치를 찾고 이를 3D 영상으로 표현했다고 6일 밝혔다.

연구팀에 따르면 뇌 신경세포들은 끊임없이 신호를 주고 받으며 감정, 학습, 기억, 행동, 판단 등의 기능을 수행한다.

신호를 주는 쪽 신경세포를 ‘프리시냅틱(presynaptic)’, 신호를 받는 신경세포를 ‘포스트시냅틱(postsynaptic)’라고 한다. 둘 사이 신호가 오가는 접합부가 바로 시냅스다.

이처럼 신경세포들간 연결성, 즉 시냅스의 상태는 뇌가 제대로 기능하는데 매우 중요한 요소지만, 수 백억 개의 신경세포가 복잡하게 얽힌 포유류 뇌를 현미경으로 들여다보며 일일이 시냅스를 찾아 연구한다는 것은 불가능하다.

해상도의 한계 때문에 광학현미경으로 두 신경세포 사이 20나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 간격의 시냅스를 관찰할 수 없을 뿐 아니라, 전자현미경으로도 매우 많은 시간과 노력이 필요하다.

연구팀은 녹색형광단백질(GFP)을 만드는 유전자를 반으로 쪼개 각각 쥐의 뇌 해마(hippocampus) 부위 ‘프리시냅틱(presynaptic)’, ‘포스트시냅틱(postsynaptic)’에 넣어 발현되도록 했다.

이 방법을 통해 쥐의 뇌 해마 신경세포 수 백개의 시냅스 위치를 입체 영상으로 시각화하는데 성공했다.

인간 뇌에도 이 기술을 적용할 수 있다면, 신경망 이상에 따른 것으로 추정되는 파킨슨씨병, 자폐증 등과 신경 질환의 원인 분석과 치료에도 기여할 것으로 연구팀은 설명했다.

이번 연구 성과는 생명공학 분야 권위지 ‘네이처 메소드(Nature Methods)’ 4일자에 실렸다.