기억 형성 단백질 빛으로 조절→정신질환 치료한다

[아이뉴스24 정종오 기자] 우리 뇌에 지나친 기억이 형성되면 극심한 공포와 관련된 기억이 제대로 소멸하지 않아 발생하는 외상후 스트레스장애(PTSD) 같은 정신질환의 원인이 된다.

한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 빛으로 단백질의 활성을 조절하는 광유전학 기술을 개발하고 이를 통해 과도한 기억 형성을 억제해 PTSD의 발생을 줄일 가능성을 열어젖혔다.

KAIST(총장 이광형)의 생명과학과 허원도 교수 연구팀이 뇌에서 기억 형성을 조절하는 새로운 메커니즘을 알아냈다. 연구팀은 다양한 뇌 신경전달물질들에 의해 활성화되는 대표적인 세포 내 신호전달분자효소인 ‘PLCβ1’ 단백질(인산지질 가수분해효소 C 베타 1)에 집중했다.

이번 연구는 기억 형성과 소멸을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 단백질(PLCβ1)의 기능을 규명하고 PTSD와 같은 과도한 기억 형성에 의한 정신질환의 새로운 분자적 작동 원리를 알아냈다는 데 의미가 있다.

우리 뇌는 매일 다양한 경험을 통해 새로운 기억을 형성하고 소멸시킨다. 기억 형성 과정은 해마라는 뇌 부위에서 이뤄진다. 양성적 신호와 음성적 신호가 균형을 맞춰 최적의 기억 형성을 유지한다.

양성 조절 인자가 부족하면 기억 형성에 문제가 생긴다. 음성 조절 인자가 손상되면 과도한 기억이 형성된다. 이러한 과도한 기억 형성은 PTSD와 같은 정신질환의 원인이 될 수 있다.

허원도 교수 연구팀은 단백질(PLCβ1)이 해마에서 기억 억제자로 작용해 과도한 기억 형성을 억제하는 중요한 역할을 하는 등 해당 단백질이 해마에서 특히 중요한 역할을 한다는 것을 찾아냈다.

연구팀은 관련 단백질(PLCβ1)을 결핍시킨 마우스에서 과도한 기억 형성과 공포 반응이 증가하는 것을 발견했다. 반대로 같은 단백질이 과발현하거나 광유전학으로 활성화하면 과도한 공포 반응이 억제되는 것을 확인했다.

이는 PLCβ1 단백질이 기억 형성 초기 단계에서 중요한 역할을 하며 적절한 기억 형성을 유도한다는 것을 뜻한다.

연구팀은 빛으로 제어하는 광유전학 기술을 개발해 단백질(PLCβ1)의 기능을 정밀하게 조절했다. 이 기술은 빛을 이용해 특정 단백질을 활성화하거나 비활성화할 수 있다. 뇌의 특정 부위에서 일어나는 신경 활동을 정밀하게 제어할 수 있다.

이를 통해 연구팀은 PLC β1 단백질이 기억 형성 초기 단계에서 중요한 역할을 한다는 것을 입증했다. 광유전학 기술이 신경 과학 연구뿐 아니라 PTSD와 같은 정신질환 원인 규명과 치료에도 혁신적 도구가 될 수 있음을 보여주는 결과이다.

PTSD와 같은 정신질환의 원인에 중요한 역할을 하며 관련 단백질을 조절함으로써 과도한 기억 형성을 억제해 PTSD의 발생을 줄일 가능성이 열린 것이다.

허원도 교수는 "이번 연구를 통해 해당 단백질(PLCβ1)이 해마에서 기억 형성 초기 단계에서 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀냈다”며 “이는 PTSD와 같은 정신질환의 새로운 치료 가능성을 제시함과 동시에 해당 단백질의 기능을 정밀하게 조절함으로써 과도한 공포 기억 형성을 억제할 수 있는 방법을 개발할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

정신질환 치료에 혁신적 돌파구가 될 수 있다고 강조하면서 허 교수는 “실제 치료에 적용되거나 관련 단백질 신호 억제가 다른 뇌 기능에 어떤 영향을 미치는지, 인간에게 적용 가능한지에 대한 임상 연구가 추가로 필요하다” 고 덧붙였다.

KAIST 생명과학과 이진수 박사가 제1 저자로 수행한 이번 연구(논문명: Phospholipase C beta 1 in the dentate gyrus gates fear memory formation through regulation of neuronal excitability)는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴스(Sciences Advances)’ 2024년 7월호 인쇄판에 실릴 예정이다. 6월 28일자 온라인판에는 게재됐다.