빛으로 ‘신경세포’ 되살린다…실험 성공 - 커런트 바이올로지

우리 몸의 신경기관(신경계)은 우리가 살아있는 동안 유지된다. 하지만 이런 기관에서 자극이나 흥분을 전달하는 최소 단위 신경 세포인 ‘뉴런’은 외상이나 질병, 환경적 손상이라는 외부 요인으로 주요 기능을 상실하고 재생하는 능력마저 제한될 수 있다고 한다.

그런데 독일 뮌헨 헬름홀츠 센터 산하 감각생물학과 기관형성 연구소의 에르난 로페스-시어 박사팀이 제브라피시(zebrafish)를 대상으로 한 실험을 통해 손상된 뇌 신경회로의 재생을 촉진하는데 성공했다고 미국 과학전문 매체 사이언스데일리가 17일(현지시간) 보도했다. 제브라피시는 실험모델로 쥐만큼 많이 쓰이는 열대어를 말한다.

이번 연구의 성공 요인은 세포막에 박혀 있는 효소로 알려진 ‘아데닐산고리화효소’(adenylyl cyclase)에 의해 생산되는 전달 분자인 ‘고리형 아데노신인산’(고리형 AMP, cAMP)에 있다고 연구진은 설명했다.

연구진은 이번 실험을 위해 청색광(블루 라이트)에 의해 발현하는 아데닐산고리화효소라는 특정 효소를 사용했다. 청색광 사용으로 효소가 나오는 세포에서 변환하는 고리형 AMP의 분비량을 정확하게 조절할 수 있었다고 한다.

이들은 어류의 경우 옆줄과 뇌를 이어주는 미주신경의 분자인 ‘체측신경’(lateralis)이 아직 발달돼 있지 않은 제브라피시의 유생(larvae)을 대상으로 이런 복구 시스템을 실험했다.

이번 연구에서 주저자로 참여한 얀 시아오 박사과정 연구원은 “청색광을 빛으로 활성시킬 수 있는 ‘아데닐산고리화효소’를 분비하는 신경세포에 비췄을 때 뉴런의 재생 효과가 극적으로 상승했다”면서 “빛 자극을 준 신경 말단은 복구율이 5%밖에 안된 무자극 대조군보다 많은 30%인 것으로 나타났다”고 설명했다.

즉, 이들 과학자는 청색광을 사용해 고리형AMP라는 것을 극적으로 늘려 신경회로의 재생을 자극할 수 있었던 것이다.

이번 연구의 교신저자이기도 한 로페스-시어 박사는 “광 유전학 기술(Optogenetics)은 혁신을 일으킨 신경 생물학 분야로, 이미 뉴런의 전기적 활동을 수정하는데 사용되고 있다”면서 “그런데 동물 전체의 복잡한 신경회로를 복구하는 방법을 처음 보여준 이번 결과는 빛을 사용해 원격으로 촉진할 수 있다”고 설명했다.

하지만 박사는 이번 결과가 아직 시작에 불과하다고 말한다.

그는 “결과는 초기 단계이다”면서 “이제 우리는 이런 결과가 제프라피시에서 단일 뉴런보다 더 복잡한 신경회로를 가진 고등동물을 대상으로 가능한지 연구할 계획”이라고 밝혔다.

또한 연구진은 앞으로 이 기술을 사용해 당뇨병이나 다른 질병으로 발생할 수 있는 신경 병증을 치료하는 방법으로 쓰일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

한편 이번 연구결과는 세계적 학술지 ‘셀’(Cell) 자매지인 ‘커런트 바이올로지’(Current Biology) 최신호(11월 16일자)에 게재됐다.

사진=독일 뮌헨 헬름홀츠 센터

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr