김진현 박사팀 "뇌 신경질환 치료방법 연구에 큰 도움"

사람의 복잡한 뇌 신경망을 지도처럼 그릴 수 있는 신기술이 개발됐다. 교육과학기술부(장관 이주호)와 KIST(한국과학기술연구원, 원장 문길주)는 김진현 기능커넥토믹스WCI센터 박사팀이 미국 자넬리아 팜 리서치 캠퍼스 연구진과 함께 새로운 신경망 맵핑 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

뇌 내의 신경세포들은 서로 신호를 주고 받으면서 감정과 학습, 기억, 행동, 판단 등 중요한 기능을 수행한다. 이러한 연결성은 뇌가 정상적으로 기능하는데 주요한 요소로 지난 한 세기 동안 수많은 신경과학자들이 신경세포간 연결성을 규명하기 위해 많은 노력을 했다. 그러나 최대 수백억개에 달하는 신경세포가 얽힌 뇌의 연결성을 연구한다는 것은 한계가 있게 마련. 이에 한번에 여러개의 세포를 동시에 관찰할 수 있는 영상기술로 복잡한 신경망을 연구하고 있지만 광학현미경으로는 물리적 해상도의 제한 때문에 신경 전달위치, 즉 시냅스(synapse)를 정확히 관찰할 수 없고 전자현미경의 경우 지나치게 많은 시간과 노력이 소요되는 단점이 있다.

실제로 2002년 노벨 생리의학상을 수상한 시드니 브레너 박사는 300여개의 신경세포를 갖고 있는 선충의 신경망을 전자현미경으로 지도화하는데 20년이 걸리기도 했다. 김 박사팀은 20㎚ 간격의 시냅스를 광학현미경으로 비교적 쉽게 찾아낼 수 있는 mGRASP(mammalian GFP Reconstitution Across Synaptic Partners) 기술을 개발해 이러한 문제를 해결했다. mGRASP 기술은 최근 생명공학계에서 널리 쓰이는 녹색형광물질(GFP)을 두 분자로 쪼갠 분자(split-GFP)를 이용한다. 일단 나누어진 GFP분자들은 형광성을 띄지 않는데 두 분자가 공간적으로 가까워지면 다시 형광을 띄게 된다. 김 박사는 이 분자 두개를 포유동물에서 각각 신호를 주는 신경세포와 신호를 받는 신경세포에 표적해 20㎚의 시냅스에서만 다시 녹색형광을 띄게 하는 분자 엔지니어링에 성공했다.

KIST에 따르면 이번 기술 개발으로 이전보다 훨씬 빠르고 정확하게 시냅스를 찾아낼 수 있게 될 전망이다. 연구팀 관계자는 "종전 기술로는 연구가 거의 불가능했던 복잡한 뇌의 신경 네트워크를 이해하고 나아가 자폐증과 같이 신경망의 이상으로 인한 신경질환의 원인과 치료방법을 연구하는데 큰 역할을 할 것"이라고 말했다.

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