기초과학연구원(IBS)과 한국뇌연구원(KBRI) 공동 연구진이 별세포를 이용해 특정 시냅스를 정밀 제거하는 '신트로고' 기술을 개발했다. 이 기술은 뇌 회로 재구성을 통해 살아남은 시냅스의 구조와 기능을 강화하여 학습 및 기억 능력을 향상시키는 것으로 나타났다. 이는 시냅스 제거로 뇌 회로를 변화시킨 첫 사례로, 자폐·조현병 등 다양한 뇌 질환 치료에 대한 새로운 가능성을 제시한다.

기초과학연구원(IBS) 기억 및 교세포 연구단과 한국뇌연구원(KBRI) 공동 연구진이 뇌 회로를 효과적으로 편집하여 학습 및 기억 능력을 증진시키는 '신트로고' 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 이 기술은 별세포(astrocyte)가 특정 시냅스(synapse)를 정밀하게 제거하도록 유도하는 방식으로 작동하며, 이는 뇌 회로의 구조와 기능 자체를 변화시킨 최초의 사례로 주목받고 있다. 연구진은 나무의 가지치기를 통해 남은 가지가 더욱 튼튼하게 자라듯, 살아남은 시냅스의 구조와 기능이 강화되어 전반적인 학습 및 기억 능력이 향상된다는 점을 확인했다.

▲ 별세포 활용한 신트로고 기술 원리, 시냅스 밀도 감소와 질적 향상의 반전, 뇌 질환 치료 적용 가능성

신트로고 기술은 면역세포가 특정 세포의 일부를 선택적으로 제거하는 '트로고사이토시스(phagocytosis)' 현상에서 착안하여 개발되었다. 연구진은 인위적으로 유도되는 합성 단백질을 제작하여 신경세포의 시냅스와 별세포를 강하게 결합시켰다. 구체적으로, 신경세포에는 형광단백질(GFP)을 발현시켜 시냅스의 위치를 파악할 수 있도록 하고, 별세포에는 GFP에 결합하는 나노바디(nanobody) 수용체를 발현시켜 표적 시냅스 포획을 용이하게 만들었다. 이 설계 덕분에 별세포는 신경세포 전체에 손상을 주지 않으면서 목표한 시냅스만을 효과적으로 포획하고 제거할 수 있었다. 이 기술을 생쥐의 해마 신경회로에 적용한 결과, 시냅스 밀도가 약 27% 감소하는 것을 관찰했다.

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일반적으로 시냅스의 감소는 뇌 기능 저하로 이어질 것이라는 예상을 뒤엎고, 신트로고 기술이 적용된 생쥐에서는 흥미로운 결과가 나타났다. 시냅스의 양적 감소에도 불구하고, 살아남은 시냅스들은 크기가 커지고 기능이 대폭 강화되는 '질적 향상'을 보였다. 이러한 변화는 생쥐의 기억력 증진으로 이어졌다. 연구 결과, 신트로고 기술이 적용된 생쥐는 약한 자극으로 형성된 공포 기억을 더욱 선명하고 오래도록 유지했으며, 기억이 소거된 후에도 기존 기억에 고착되지 않고 새로운 기억으로 유연하게 대체하는 능력을 보였다. 이는 뇌 회로가 시냅스 감소 상황에서도 스스로 적응하고 기능을 강화하는 근본적인 원리를 규명한 것이라고 연구진은 설명했다.

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이번 연구는 자폐증, 조현병 등 시냅스 수의 이상으로 발생하는 뇌 질환이나 알츠하이머병과 같은 퇴행성 뇌 질환 치료에 새로운 치료 플랫폼을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. KBRI 이계주 책임연구원은 "시냅스가 감소한 상황에서도 뇌 회로가 스스로 적응하고 기능을 강화하는 근본 원리를 규명했다"며, "다양한 뇌 질환 모델에서 인지 기능 회복을 위한 중요한 단서를 제공할 것"이라고 밝혔다. IBS 이창준 단장 또한 "이번 연구는 시냅스 수의 이상으로 발생하는 조현병이나 자폐증, 혹은 시냅스 손실이 특징인 퇴행성 뇌 질환 치료를 위한 새로운 플랫폼이 될 것"이라고 강조했다. 향후 이 기술은 뇌 질환 모델에서의 인지 기능 회복 및 치료 효과 검증을 위한 후속 연구로 이어질 전망이다.