기초과학연구원(IBS)은 기억 및 교세포 연구단과 한국뇌연구원(KBRI) 공동 연구진이 별세포를 이용해 원하는 시냅스를 정밀 제거한 뒤 뇌 회로를 재구성하는 '신트로고' 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

 나무 가지치기를 통해 남게 된 가지들이 더 튼튼하게 자라듯 살아남은 시냅스의 구조·기능이 강화되면서 학습·기억 능력도 향상됐다.

 이번 연구는 시냅스 제거로 뇌 회로의 구조와 기능 자체를 변화시킨 첫 사례로, 자폐·조현병 등 퇴행성 뇌 질환 치료에 새로운 패러다임이 열릴 것으로 연구진은 기대했다.

 신경세포의 시냅스에는 형광단백질(GFP·특정 빛을 받으면 초록색으로 빛나는 단백질로 세포나 단백질 위치를 확인하는 데 사용됨)을, 별세포에는 이에 결합하는 나노바디(특정 단백질을 정확히 인식해 결합하는 작은 항체 단백질) 수용체를 발현시켜 두 세포가 강하게 결합하도록 설계했다.

 그 결과, 별세포가 표적 시냅스 부위를 효과적으로 포획하고 제거하는 데 성공했다.

 이는 별세포가 신경세포 전체를 손상하지 않고 목표한 시냅스만을 떼어먹어 뇌 회로를 편집하도록 만드는 '신트로고' 기술로, 생쥐의 해마 신경회로에 적용하자 시냅스 밀도가 약 27% 감소했다.

 일반적으로 시냅스가 줄면 뇌 기능도 저하된다고 생각하기 쉽지만, 흥미롭게도 살아남은 시냅스들의 크기가 커지고 기능이 대폭 강화되는 등 '양적 감소'가 '질적 향상'으로 이어졌다.

 신트로고 기술이 적용된 생쥐는 약한 자극으로 형성된 공포 기억을 더 선명하고 오래도록 유지했으며, 기억 소거 후에는 기존 기억에 고착되지 않고 새로운 기억으로 유연하게 대체하는 능력을 보였다고 연구진은 설명했다.

 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 단장은 "이번 연구는 시냅스 수의 이상으로 발생하는 조현병이나 자폐증, 혹은 시냅스 손실이 특징인 퇴행성 뇌 질환 치료를 위한 새로운 플랫폼이 될 것"이라고 말했다.