효모 이용한 신경전달물질 분석시스템 개발

전영수 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 효모를 이용한 신경전달물질 분석시스템을 개발했다.

미래창조과학부는 전영수 광주과학기술원(GIST) 생명과학부 교수(교신저자)가 주도하고 고영준, 이미리암 연구원(공동 제1저자)이 수행한 연구에서 인간 신경세포들 사이에서 신호를 전달하는 과정인 시냅스소낭 막융합을 안정적으로 분석하는 시스템을 개발했다고 2일 밝혔다.

연구 결과는 신경전달 과정에 대한 이해는 물론 보톡스 같은 신경전달에 관여하는 물질의 발굴을 위한 핵심도구로 활용될 것으로 기대된다.

시냅스소낭 막융합은 신경세포에서 다른 신경세포로 신호를 전달할 때 감정, 행동, 기억 등 두뇌활동을 매개하는 신경전달물질이 담긴 시냅스소낭이 신경세포막과 막융합을 통해 시냅스 간극으로 신경전달물질을 분비하는 과정으로 보톡스는 보툴리늄 세균이 분비하는 신경독소로 통증치료와 미용치료에 사용되며 부작용으로 근육마비 또는 사망 위험 등이 지적되고 있다.

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이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업과 GIST 바이오광학영상센터연구사업 지원으로 수행돼 국제학술지 미국국립학술원회보(PNAS) 온라인판 지난달 12일자에 게재됐다.

신경세포 간의 신호전달의 핵심은 신경세포 안에 존재하고 다양한 신경전달물질을 담고 있는 시냅스소낭이 신경세포의 막과 융합하는 과정이다.

신경전달물질 연구에서 시냅스소낭 막융합 과정을 분석하기 위해 신경세포의 생체막을 이용하는 것이 좋지만 비용이 많이 들고 분석이 어려운 가운데 합성리포좀을 이용하는 방식이 널리 사용되면서 실험결과의 해석은 용이하지만 합성물질이라는 한계가 있었다.

연구팀은 사람의 생체막융합을 유도해 세포 내 물질이동을 조절하는 스네어 유전자를 가진 효모를 제작하고 인간 시냅스소낭 막융합을 모방한 효모 액포 사이의 막융합 반응을 시험관에서 구현했다.

이같은 방식은 효모에서 매번 동일한 스네어 단백질을 가진 액포를 분리, 정제할 수 있어 기존 분석시스템의 재현성 문제를 극복할 수 있고 효모는 대량 배양에 유리해 화합물 발굴 등 대규모 스크리닝 연구에 응용할 수 있다는 것이 장점이다.

연구 결과는 향후 신경전달 과정을 조절하는 화합물 발굴, 개발, 검증 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

효모의 액포막융합 과정은 인간신경세포의 시냅스소낭 막융합을 억제한다고 알려진 보톡스에 의해 반응이 억제됐다.

전영수 교수는 “개발된 분석시스템이 인간의 시냅스소낭 막융합의 특성을 그대로 보여주고 있어 연구성과는 보톡스의 효능개선, 대체물 개발 등 다양한 연구활동에 기여할 것”이라고 밝혔다.