빠른 발사 뉴런 제어(fast-spiking neurons): 세포골격과 막 상호작용
최근 연구에서 중요한 발견이 이루어졌습니다. 조현병 발병 위험과 관련된 두 개의 뇌 세포 단백질이 물리적으로 상호 작용한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 상호 작용은 쥐에서 관찰되었으며, 그들의 운동 능력, 불안 수준 및 기억에 직접적인 영향을 미칩니다.
이 발견은 조현병 치료에 혁신적인 전략의 길을 열 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 단백질은 쥐의 정상적인 행동을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 상호 작용이 방해되면 과도한 행동 활동, 위험 회피 감소 및 기억 장애로 이어집니다. 조현병은 환각 및 망상과 같은 증상으로 유명하지만 운동과 기억과 관련된 문제도 포함됩니다.
연구의 주 저자인 Chen Gu는 미국 오하이오 주립 대학 의학교의 생물화학과 약리학 부의 부교수로 “이 두 개의 단백질은 보통 연관성이 없어 보이지만, 우리 연구가 이들 사이에서 이전에 인식되지 않았던 연결고리를 제공했습니다”라고 말했습니다.
“조현병의 위험 유전자로 식별된 100개 이상의 유전자가 있지만, 아직까지 이러한 위험의 근본적인 메커니즘을 알지 못하고 있습니다. 이 메커니즘을 더 잘 이해함으로써 조현병 환자에 도움이 될 새로운 치료법을 오랜 기간 동안 찾는 데 도움이 될 것으로 희망합니다”라고 그는 덧붙였습니다.
이전 연구에서는 사후 사망 뇌 조직에서 단백질 기능 이상을 조사함으로써 조현병 위험 유전자를 특정했습니다. 이 연구는 두 개의 단백질, 즉 MAP6와 Kv3.1에 중점을 두고 있습니다. MAP6는 뉴런의 미세관 사이토스켈레톤, 특히 미세관을 지원하고 Kv3.1은 뉴런 신호화의 최대 주파수를 제어합니다.
연구자들은 특히 Kv3.1을 연구한 경력이 있으며 특히이 유전자가 없는 변형된 마우스를 연구했습니다. Kv3.1이 없는 마우스와 MAP6 유전자가 없는 마우스에서 유사한 행동 변화를 관찰했을 때, 이들의 관계를 깊이 파헤치기로 결정했습니다.
이 연구에서 연구자들은 단백질 상호 작용이 학습과 기억과 관련된 해마 및 감정을 처리하는 가까운 아미갈라와 같은 특정 뇌 지역에서 결합 능력을 방해하면 어떻게 행동에 영향을 미치는지 조사했습니다.
연구자들은 이러한 단백질 사이의 연결을 아미갈라에서 방해하면 마우스가 고도에서의 위험 회피 감소, 특히 고도에서의 위험 회피 감소를 보였다는 것을 발견했습니다. 해마에서 이러한 단백질 상호 작용을 차단하면 과도한 활동 및 익숙한 물체의 인식이 감소했습니다. 일부 행동은 이 유전자가 완전히 없는 마우스에서 관찰된 것과 다를 수 있지만, 이 연구는 이러한 단백질 상호 작용 또는 그 부재가 행동에 가장 큰 영향을 미치는 곳을 밝혀 냈습니다.
구 박사는 “다양한 뇌 영역이 우리의 일상 활동을 통제하며, 우리의 연구는 이해를 더 나아가게 합니다. 이전에는 전체 유전자가 제거된 마우스에서 행동 변화를 관찰한 것만 알고 있었지만, 책임있는 뇌 지역을 정확하게 파악하지 못했습니다”라고 설명했습니다.
그들의 연구의 다음 단계에서는 이러한 단백질의 기능과 사회 행동 사이의 관련성을 탐구할 것입니다. 이에 대한 연구는 사회 행동에 중요한 전두 피질과 같은 뇌 영역에서 이러한 단백질의 기능과의 잠재적인 연결점을 탐구할 것입니다.
생화학과 세포 생물학의 연속적인 실험을 통해 연구자들은 이러한 단백질이 어떻게 결합하고 뉴런 내에서 그들의 위치에 영향을 미치는지 밝혀냈습니다. 그들은 MAP6가 특정 간엽 뉴런 내에서 Kv3.1 채널을 안정화시키는 데 도움을 주는 것으로 발견했으며, 이는 뇌 신호를 조절하는 데 도움을 줍니다. MAP6 수준이 낮아지면 이러한 간엽 뉴런 내의 Kv3.1 수준이 크게 감소합니다.
이러한 발견은 이러한 단백질이 올바르게 결합하지 않을 때 간엽 뉴런에서 신호 제어를 유지하는 데 충분한 Kv3.1이 없다는 것을 시사합니다. 특정 뇌 영역에서 신경 억제와 자극의 불균형은 부정적인 행동 증상으로 이어질 수 있습니다. 이러한 높은 주파수에서 신경 파동을 생성할 수 있는 간엽 뉴런은 조현병 치료에 중요합니다.
구 박사는 “우리의 연구는 MAP6 기능 장애와 간엽 뉴런 신호 기능 장애 사이의 연결을 제시하여 이 두 단백질이 상호 작용하고 서로에게 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 이는 치료에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다.”
이 연구는 미국 국립 보건 연구소(National Institutes of Health)의 재원을 받았으며, 공동 저자로는 오하이오 주립 대학교와 프랑스 그르노블 뉴로사이언스 연구소의 연구원들도 참여했습니다.
두 개의 조현병 위험 단백질 간의 이 예상치 못한 연결의 발견은 이 질환에 대한 우리의 이해를 형태를 바꿀 가능성이 있습니다. 이것은 이러한 단백질이 행동을 조절하는 데 중요함뿐만 아니라 조현병에 대한 새로운 치료 전략 개발에 대한 유망한 방향을 열어놓습니다.