[지디넷코리아]
운동 습득이 유난히 빠른 사람을 두고, 우리는 보통 운동 신경이 좋다고 얘기한다. 그러나 이는 잘못된 말이다. 앞으로는 별아교세포 기능이 우수하다고 표현해야 한다.
기초과학연구원(IBS)은 정원석 혈관연구단 부연구단장(KAIST 생명과학과 부교수)과 김재익 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 부교수 연구팀이 운동 학습 시 별아교세포가 신경 활동 변화와 도파민 신호에 반응해 시냅스를 선택적으로 제거하며, 이 과정이 실제 운동 학습 능력과 직결된다는 사실을 규명했다고 24일 밝혔다.
별아교세포는 뇌에 가장 많이 존재하는 별 모양의 보조세포다. 신경세포 활동을 돕는 역할을 한다. 또 시냅스는 신경세포(뉴런) 간 신호전달을 연결하는 통로다.
정원석 부연구단장은 “새로운 운동 기술을 익힐 때 뇌 신경 회로가 재구성되는 ‘리모델링’이 주로 신경세포가 주도한다고 여겨졌다. 그러나 별아교세포가 뇌 회로 재편을 이끄는 핵심 조력자라는 걸 과학적으로 규명하고, 확인한 것”이라고 말했다.
시냅스 생성과 소멸은 오랫동안 신경세포를 중심으로 연구되어 왔다. 최근 별아교세포와 미세아교세포(뇌 속 면역세포의 일종)가 시냅스 형성과 제거에 핵심적인 역할을 한다는 사실이 알려지며 주목받았으나, 실제 운동 학습에서 갖는 구체적인 의미와 작동 원리에 대해서는 미지의 영역으로 남아 있었다.
연구팀은 생쥐의 반복적인 운동 학습 과정을 추적하며 뇌 속 시냅스 변화를 면밀히 관찰했다.
논문 제1저자인 최영진 연수학생은 “가장 큰 난관은 복잡하게 얽힌 뇌 회로 속에서 별아교세포가 특정 시냅스를 ‘청소’하는 찰나를 포착하는 것이었다”고 말했다.
연구팀은 고해상도 이미징 기술로 미세한 변화를 끈질기게 추적한 끝에, 학습이 진행될수록 별아교세포가 시냅스를 먹어 치우는 포식작용이 뚜렷하게 늘어나는 것을 확인했다.
또 이 과정을 별아교세포에 있는 포식 수용체 ‘MEGF10’이 주도한다는 것도 확인했다. 반면, 포식 능력을 가진 다른 교세포들은 운동 학습 과정에서 시냅스 제거에 거의 관여하지 않았다. 이는 운동 학습 중 시냅스 제거(정비)가 별아교세포만의 고유한 역할이라는 것을 의미한다.
연구팀은 별아교세포의 시냅스 제거 기준도 파악했다. 신경 회로가 활성화될수록 시냅스 재정비 과정 역시 더욱 활발해졌다. 도파민 분비를 증가시키자 별아교세포의 시냅스 제거 양상이 크게 달라졌다.
특히 놀라운 점은, 뇌 선조체(운동 제어와 학습, 보상 시스템에서 핵심적인 역할을 하는 부위)에 있는 두 종류(D1,D2)의 신경세포에서 도파민이 서로 상반된 반응을 유도했다. D1 수용체 세포에서는 별아교세포의 시냅스 제거가 줄어들어 신경 연결이 강화된 반면, D2 수용체 세포에서는 제거가 늘며, 회로가 정리됐다.
정원석 부연구단장은 “이는 별아교세포가 도파민 신호에 따라 ‘MEGF10’ 수용체를 이용해 특정 회로는 남기고 불필요한 회로는 솎아내는 ‘선택적 리모델링’에 관여한다는 의미”라며 “이번 연구 핵심은 단순 보조자로 여겨졌던 별아교세포가 신경 활동과 도파민 신호를 읽어 시냅스를 직접 정리하는 능동적 조절자임을 과학적으로 밝혀낸 것”이라고 말했다.
그는 또 “이번 연구결과가 파킨슨병, 중독 질환 등 도파민 관련 질환의 원리를 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것”이라며 “별아교세포의 시냅스 포식 기능을 조절하는 전략이 운동 기능 회복 및 신경정신 질환을 치료하는 새로운 접근법으로 이어질 가능성도 있다”고 부연설명했다.
연구결과는 국제 학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈(IF 15.7)에 온라인으로 게재됐다.