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KIST 한국과학기술연구원 Korea Institute of Science and Technology

최신연구성과

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제목 태아의 뇌신경 형성 과정에서 뇌세포의 성장 및 두뇌 크기 조절 메커니즘 밝혔다
연구팀 신경과학연구단 홍규상 박사팀 조회수 91
파일첨부
- KIST 오우택 소장 연구팀, 염소이온 채널 ‘아녹타민1’의 뇌 형성에서의 역할 규명

- 뇌세포의 분포 및 두뇌의 크기에 영향, 뇌 발달과 관련된 질병 이해 증진


 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 오우택 소장, 홍규상 박사팀은 신경줄기세포*의 염소이온채널** ‘아녹타민1’이 태아의 신경 발달과정에서 대뇌의 뇌세포를 특정 위치로 이동시키고 두뇌의 크기를 조절한다고 밝혔다.
*신경줄기세포(Neural Stem Cell): 자가 증식이 가능한 세포로 신경계통의 모든 세포로의 분화능력을 가짐
**염소이온채널(Chloride Ion Channel): 세포막에 존재하여 세포의 안·밖으로 염소 이온을 통과시키는 막단백질

 선천적 뇌 신경세포의 발달 장애는 인지능력 저하, 운동기능 저하, 틱장애, 자폐증과  같은 다양한 뇌 관련 질병을 야기한다. 하지만 대뇌의 발달과정은 정밀하게 조절되고, 다양한 유전자와 환경 인자가 관여하기 때문에 그 원인을 알기가 어려운 실정이다. 최근 KIST 연구진은 태아의 신경 발달과정에서 신경줄기세포가 조절되는 메커니즘을 규명하여 신경발달장애의 근원을 이해하고, 두뇌가 어떻게 발달하는 지를 밝혔다.

 신경줄기세포는 배아의 뇌에서 뉴런(신경세포)을 증식 시킬 뿐만 아니라 뇌 피질의 정확한 위치에 이동시켜 두뇌 형성 과정 전체를 조절하는 역할을 한다. 이 과정은 매우 정교하게 처리되는데, 신경줄기세포는 섬모라 불리는 긴 팔(긴 섬모)을 뇌의 끝부분까지 뻗고, 뉴런은 이 긴 팔을 마치 사다리처럼 타고 가서 제자리를 찾아가게 된다고 알려져 있다. 그러나 지금까지는 이러한 신경줄기세포가 뻗는 긴 섬모의 연장에 따른 뉴런의 이동 및 두뇌와의 연관성이 명확하게 규명되지 않았다.

 KIST 오우택·홍규상 박사팀은 전기 생리학, 면역학, 생화학적인 다양한 기법을 활용하여 ‘아녹타민1’ 유전자가 뇌신경세포의 발달과정 중 신경줄기세포에서 발현이 많이 되었음을 확인하였다. ‘아녹타민1’ 채널이 활성화되면 그 신호에 의해 신경줄기세포의 증식뿐만 아니라, 긴 섬모의 길이가 연장되고, 뇌신경 발달과정에서 대뇌 피질 내에 존재하는 뉴런들의 위치와 두뇌의 크기도 조절한다는 사실을 규명하였다.

 KIST 연구진은 ‘아녹타민1’이 결핍된 생쥐의 신경줄기세포의 섬모의 길이가 정상 생쥐보다 짧은 것을 확인하였고, 신경세포의 정상적 발달을 저해하여 최종 두뇌의 크기도 정상 생쥐에 비해 작아지는 것을 발견하였다.

 KIST 오우택 소장은 “뇌신경세포의 형성 과정 중 신경줄기세포에서 아녹타민1 이온채널의 역할을 재조명하였고, 동물의 뇌신경 형성 과정에서 생리학적인 이해의 범위를 한층 넓힐 수 있었다”며, “‘아녹타민1’ 이온채널 유전자의 역할을 명확하게 밝힌 연구를 통하여 두뇌 형성 과정에서의 오류로 인한 자폐증, 조현병 그리고 간질과 같은 뇌 질병을 이해하고, 그 치료를 위한 초석이 되는데 역할을 할 것이라 사료된다”고 연구의 의의를 밝혔다. 

 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 한국연구재단 뇌과학원천기술개발사업, 리더연구자사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 미국 국립과학원 회보(PNAS, Proceedings of National Academy of Sciences, U.S.A.) (IF : 9.504, JCR 상위 : 7.031 % ) 최신호에 게재되었다.
* (논문명) ANO1/TMEM16A regulates process maturation in radial glial cells 
          in the developing brain
    - (제1저자)  KIST 신경과학연구단 홍규상 선임연구원 중앙대학교 약학대학 이성훈 조교수
    - (교신저자) KIST 뇌과학연구소 오우택 책임연구원



<그림설명>

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[그림 1] 
+/+: 일반마우스의 두뇌에서의 뉴런들 분포
-/- : 아녹타민1 녹아웃 마우스의 두뇌에서의 뉴런들 분포

일반마우스는 CUX1/NOR1로 표시된 레이어 마커안에 잘 분포되어 있으나, 아녹타민1이 결핍된 마우스는 경계없이 퍼져있는 것으로 확인되어, 제대로 뉴런들이 있어야할 곳에 위치되지 않았음


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[그림 2] 
+/+: 일반마우스의 두뇌 크기(평균치)
+/-  부모 중 한쪽의 염색체에만 아녹타민1 이 결핍된 경우
-/- : 부모 양쪽 모두 아녹타민1 결핍된 경우
+/-, -/- 모두 스탠다드 에러(일반적으로 정상으로 인정되는 오류의 범위)를 벗어난 두뇌 크기를 보여줌 


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[그림 3] 
대표적 신경줄기세포인 Radil gila cell의 두뇌에서의 발달과정. BDNF 성장인자(BDNF가 TrkB리셉터에 결합하면 세포 내부에 칼슘이 생성되고 아녹타민1 이 활성화됨) 에 의한 아녹타민1의 활성화와 이에 따른 신경줄기세포 섬모의 조절 모식도. 


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