IBS, 뇌 별세포 '촉감 지각 능력' 조절 원리 규명

시상 별세포의 촉감 민감도 조절 기작 모식도. ① 시상 별세포에서 DAO효소가 퓨트리신(putrescine)을 GABA로 바꾸어 준다. ② 생성된 GABA는 Best1 통로로 별세포 밖으로 분비된다. ③ GABA는 시상피질 신경세포(Thalamocortical neuron)의 α4β2δ수용체에 붙어 주변 신경세포의 활성과 대사를 억제한다. ④ 신경세포의 신호 처리 효율이 높아진다. ⑤ 촉감 지각 능력(촉감 민감도)이 향상된다. 이때 GABA 분비를 줄이면 신경세포의 촉감 지각 능력이 감소하는 반면, GABA 양을 늘릴 경우 촉감 지각 능력이 증가한다./자료제공=IBS

날카로운 물체를 만지면 순간적으로 손을 떼듯, 촉감은 생명체가 외부 자극에 적절히 대처하도록 한다. 하지만 생명 유지에 이처럼 중요한 촉감 정보 전달이 조절되는 정확한 기작은 그동안 알려지지 않았다.

기초과학연구원(IBS) 연구진이 촉감을 구분해 반응하는 '촉감 지각 능력' 조절 원리를 규명해 냈다.


IBS는 인지 및 사회성 연구단 이창준 단장 연구팀이 연세대학교 생명공학과 정은지 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 뇌의 '별세포(astrocyte)'가 촉감을 구분, 반응하며 '촉감 지각 능력'을 조절한다는 사실을 알아냈다고 9일 밝혔다.

이는 시상 내 별세포가 억제성 신경전달물질인 가바(GABA)를 분비해 신경세포의 감각신호 전달을 제어함으로써 촉감 민감도를 조절하는 원리를 규명해 낸 것이다.

연구진은 기존 신호 전달 연구가 신경세포에 집중됐던 것과는 달리 뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별모양의 비신경세포인 '별세포'에 주목했다.


우선 시상 내 별세포가 신경세포에 영향을 미치는지 알아보고자 별세포의 가바 분비 여부를 확인했다.

그 결과 '다오(DAO. 시상 내 별세포에서 가바를 생성하는 데 핵심역할을 하는 효소로 뇌에서 어떤 기능을 하는지 밝혀진 바가 거의 없다) 효소가 가바를 만들어 내며, 생성된 가바가 칼슘에 반응하는 '베스트1(Best1. 칼슘에 반응하는 음이온 통로로 교세포에서 신경전달물질을 분비할 때 이용된다)' 통로를 통해 분비됨을 확인했다.

나아가 가바가 주변 신경세포의 활성과 대사를 억제하지만, 역설적으로 이들 세포가 다양한 감각신호를 정확하고 빠르게 받아들여 반응하도록 돕는다는 사실도 밝혀냈다.

또한 가바가 시냅스의 정보 통합에 방해가 되는 불필요한 신호(잡음)를 제거하고 신경세포의 신호 전달 속도를 높여 신호 처리의 효율을 높인다는 것도 확인했다.

연구진은 여기에 더해 가바의 양이 촉감 지각 능력에 미치는 영향을 알아보고자 80에서 400까지 거칠기 범위를 가진 사포 구분 실험을 진행했다.

이창준 IBS 인지 및 사회성 연구단장./사진제공=IBS

그 결과 다오 효소를 제거해 별세포의 가바 분비를 억제한 쥐는 정상군이 구분했던 180의 거칠기 차이를 구분하지 못했다.

반면 가바 양을 증가시켰을 때 촉감 지각 능력이 향상돼 80의 미세한 거칠기 차이까지 구분해냈다. 이는 시상 내 별세포의 가바 양을 제어해 촉감 지각 능력을 조절할 수 있음을 밝힌 것이다.

이창준 단장은 "이번 연구성과는 베일에 쌓여있던 별세포의 새로운 인지 기능을 밝혀내 감각인지기능 연구에 새로운 방향성을 제시한 것은 물론, 감각장애를 비롯한 다양한 뇌 질환 치료에 획기적인 돌파구를 열 것으로 기대된다"고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 국제학술지 뉴런(Neuron, IF 14.415) 온라인 판에 9월 9일 0시(한국시간) 게재됐다.