뇌 속 신경전달물질 주머니, 어떻게 스스로 뭉쳐있나

시냅토파이신과 시냅신에 의한 액체-액체 상분리 현상 및 비신경세포에서의 시냅스소낭 응집 모사 구조 형성(A) 비신경세포에 시냅토파이신과 시냅신을 발현시킨 후 광학현미경으로 관찰한 사진 (파랑: 세포핵, 초록: 시냅토파이신, 빨강: 시냅신). 세포내에서 동그랗게 뭉친 액체-액체 상분리현상을 볼 수 있다. (B) 단일 액체-액체 상분리현상을 투과전자현미경으로 본 모습. 하단의 실제 신경세포에서 관찰되는 것과 유사한 소낭들의 응집구조를 비신경세포에서 재현하였다. 출처 : 미국 예일대학교 박대훈 박사후연구원

뇌 속 신경전달물질을 담고 있는 주머니인 ‘시냅스소낭’은 스스로 뭉쳐있으며 액체와 같은 유동성을 가지고 있다. 이 같은 현상이 어떤 원리에 의해 일어나는지 국내 연구진이 처음으로 알아냈다.

한국연구재단은 장성호 서울대 교수 연구팀이 미국 예일대학교 연구팀과의 공동연구로 시냅스소낭 간 응집원리를 규명했다고 11일 밝혔다.

뇌 속 신경세포는 시냅스소낭이라는 작은 주머니에 신경전달물질을 보관하고 있다. 신경세포가 자극을 받으면 이 주머니들이 세포막에 융합해 안에 있는 신경전달물질을 분비함으로써 다음 신경세포로 신경전달이 일어나게 된다.

자극이 없는 평상시 시냅스소낭들은 서로 무리를 지어 뭉쳐 있는데 어떤 원리인지는 알려지지 않았다.

연구팀은 시냅스소낭들이 서로 단단히 뭉쳐있음에도 불구하고 유동적으로 움직일 수 있는 것을 토대로 고체상태가 아닌 ‘액체-액체 상분리 현상’에 의한 응집현상일 것이라 가정하고 연구를 진행했다. 액체-액체 상분리 현상은 물과 기름을 섞을 경우 각자 액체로서의 유동성은 지니지만 그 둘은 섞이지 않고 각각 뭉쳐있는 현상을 말한다.

연구팀은 시냅스소낭에 풍부하게 존재하는 두 단백질인 ‘시냅토파이신’과 ‘시냅신’ 간 상호작용이 시냅스소낭의 액체-액체 상분리 현상을 일으키는데 결정적인 역할을 한다는 것을 규명했다.

또 연구팀은 이 원리를 이용해 기존 신경세포에서만 관찰되던 시냅스소낭 응집 구조를 비신경세포에서 그대로 모사할 수 있는 기술을 개발했다. 장 교수는 “이 기술은 기초신경과학 연구, 신경계 질환 연구에 도움이 될 것”이라고 말했다.


이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.