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뇌신경세포 '시냅스 단백질'이 수면을 조절한다...깊은 수면도
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뇌신경세포 '시냅스 단백질'이 수면을 조절한다...깊은 수면도
  • 김민철 기자
  • 승인 2020.05.15 14:20
  • 댓글 0
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시냅스 접착 단백질과 수면 간의 연관성 규명
사진=픽사베이

정상적인 수면이 이루어지려면 뇌신경세포의 접합 부위인 시냅스의 단백질로 조절된다는 것을 국내 연구진이 밝혀냈다. 

기초과학연구원 시냅스 뇌질환 연구단은 신경전달의 기본 단위인 시냅스의 생성과 수면 조절의 연관성을 규명했다고 15일 밝혔다. 

이것은 수면 장애, 조현병, 주의력결핍, 과잉행동장애 등 뇌질환의 발병 기전에 대한 이해와 진단 치료에 도움을 줄 것으로 기대되고 있다. 

뇌에 존재하는 수많은 신경세포는 시냅스(synapse)라는 것을 통해 신호를 주고받는다. 시냅스는 신경세포 간 접합부위로 전시냅스와 후시냅스로 구성되어있다고 한다. 

각 시냅스는 신경회로가 정상적으로 작동하기 위한 뇌의 최소 단위이며 다양한 요소에 따라 고유의 성질을 가진다. 전시냅스에서 나온 신경전달물질을 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 알아차리면 신경전달이 일어난다. 

전시냅스와 후시냅스에는 접착 단백질이 각각 존재하는데, 시냅스 접착 단백질들은 서로 악수하듯 만나 시냅스를 생성한다. 이때 서로 코드가 맞으면 서로 연결되어 소통하는 게 가능해진다. 

하지만 그동안 확인된 여러 종류의 시냅스 접착 단백질들과 달리 각 단백질의 생체 내 기능에 대해서는 별로 알려진 바가 없었다고 한다. 

시냅스에서 PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질의 상호작용 및 신경전달 조절, 1) 왼쪽 그림-전시냅스(위쪽)의 PTPδ단백질과 후시냅스(아래쪽)의 IL1RAPL1단백질이 서로 상호작용함을 보여준다. meA 스플라이스 펩타이드(붉은삼각형)가 이 상호작용에 필수적이다.
2) 오른쪽 그림-PTPδ단백질 전체 또는 PTPδ단백질의 일부(meA 스플라이스 펩타이드)가 결손된 생쥐의 경우, 뇌 해마에서의 신경전달이 비슷한 수준으로 감소된다. 이는 meA 스플라이스 단백질을 매개로 이루어지는 PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질 사이의 시냅스 상호작용이 시냅스 생성 및 신경 전달에 중요함을 의미한다./기초과학연구원

연구팀은 전시냅스 접착 단백질 'PTPδ단백질'이 후시냅스 단백질인 'IL1RAPL1단백질'과 상호작용하여 시냅스를 생성하고, 정상적인 수면이 이루어지도록 만든다는 것을 밝혀냈다. 

수면은 뇌가 정상적으로 작동하는 데 필수적이 요소이며 생체리듬에 관여하는 유전자와 수면 간의 연관성은 보고된 바가 있으나, 시냅스와 수면 간의 연관성은 지금까지 밝혀진 바가 없었다. 

시냅스 접착 단백질 'PTPδ단백질'과 수면과의 연관성 규명

PTPδ단백질이 결손된 생쥐 모델에서 관찰된 비정상적인 수면/기초과학연구원

연구팀은 PTPδ단백질 전체가 손실된 생쥐 모델을 제작하고, 시냅스 생성 및 신경전달과 동물 행동 등을 관찰하였다. PTPδ단백질 전체가 손실된 경우는 시냅스 생성이 감소하여 뇌 해마에서의 신경전달이 잘 이루어지지 않아 정상적인 수면 조절이 방해되었다. 

또한 PTPδ단백질의 일부(meA 스플라이스 펩타이드)를 결손시킨 경우에도 PTPδ단백질 전체가 결손된 경우와 비슷한 수준으로 시냅스 생성이 감소되고 수면 장애가 유발되었다.

이는 'meA 스플라이스 펩타이드'가 PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질 간의 상호작용에 있어 중요한 요소임을 시사한다.

'PTPδ단백질'은 깊은 수면과도 밀접한 관련

PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질의 결합이 정상적인 시냅스 생성 및 수면 조절, 뇌파에 중요함
PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질의 결합이 정상적인 시냅스 생성 및 수면 조절, 뇌파에 중요함/기초과학연구원

대부분의 신경뇌질환과 동반되는 수면장애 여부를 확인하기 위해 연구팀은 뇌파검사를 진행했는데, 그 결과 흥분성 신경세포에서의 PTPδ단백질 전체가 손실된 생쥐와 PTPδ단백질의 일부인 meA 스플라이스 펩타이드가 손실된 생쥐에서 깊은 수면 시 발생하는 뇌파가 감소되어 있음을 확인하였다.

이는 PTPδ단백질이 수면 조절뿐만 아니라 깊은 수면(non-REM)과도 밀접한 관련이 있음을 의미한다.

이번 연구결과는 세계적 학술지 엠보(EMBO, IF 11.24)에 4월 19일(한국시간)에 게재되었다.

연구진/기초과학연구원
연구진/기초과학연구원

시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장은 “PTPδ단백질이 시냅스 생성 및 정상적인 수면에 필수적인 시냅스 접착 단백질임을 밝혔다”며 “하지불안증후군3)과 같은 수면장애, 조현병4), 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD)5) 등 관련 뇌질환의 발병 기전 이해와 진단 및 치료에 도움을 줄 것으로 예상된다”고 말했다.



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