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DGIST(총장 이건우) 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단(센터장: 고재원) 엄지원‧고재원 교수 공동 연구팀은 성상교세포-신경세포 상호작용에 대한 종설논문을 게재했다고 11일(화) 밝혔다. 기존 종설논문과 차별화된 정보를 담고 있어 관련 연구개발에 주요 단초를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

엄지원 교수와 고재원 교수는 이번 종설논문에서 성상교세포-신경세포 간 상호작용을 매개하는 다양한 인자들을 소개하고 이들 인자들이 어떤 기전을 통해 작동하여 시냅스 및 신경회로 특성을 조절할 수 있음을 제시하는 최근 5년간의 연구 결과 및 연구 동향을 정리하고 향후 연구 방향을 제시했다. 

시냅스는 우리 뇌의 모든 기능을 관장하는 신경회로를 생성하는 기본 단위이며, 이 중 시냅스 접착단백질은 신경세포 간의 연결 구조를 형성하고 이의 특성을 결정하는 핵심 인자이다.

신경세포 간에 형성되는 시냅스 주변에는 다양한 교세포들이 존재하여 시냅스의 특성을 결정하는데 기여한다. 그 중에서도 성상교세포는 신경세포와 가까이 있어 시냅스 형성을 돕고, 새로 생긴 시냅스를 안정시키며, 약하거나 부적절한 시냅스를 제거하는 역할을 한다. 또한, 혈뇌장벽 구성, 신경세포의 이온 농도 조절, 신경세포지지, 노폐물 제거, 식세포작용 등 여러 가지 중요한 역할을 수행한다. 성상교세포는 신경세포와 함께 다양한 상호작용을 통해 신경회로 내 특정 시냅스의 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 담당한다.

본 종설논문에서는 최근 진행된 RNA 시퀀싱과 프로테오믹스 기법을 통해 발굴된 다양한 성상교세포의 막단백질과 분비 인자들을 소개했다. 그리고 이 단백질들이 어떻게 성상교세포와 신경세포 간의 상호작용에 기여하는지 설명했다. 특히, 성상교세포와 신경세포 모두에서 발현하는 특정 막단백질들에 관한 최신 연구결과들을 정리하고, 일부 단백질에 관한 공개적 논쟁도 소개하여 관련 분야에 익숙하지 않은 독자들에게 최신 정보를 제공했다.

또한, 이들 인자들과 연관된 다양한 뇌정신질환, 뇌발달질환들도 소개하여, 향후 성상교세포-신경세포 상호작용을 정교하게 조절하여 뇌질환 치료제로서의 활용 가능성에 대해서도 고찰했다.

DGIST 뇌과학과/시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단 단장 고재원 교수는 “해당 연구주제로 작성된 다른 종설논문과 여러 면에서 차별화된 종설논문이다”고 말했다. 또한, 뇌과학과 엄지원 교수는 “본 종설논문에서 제시한 향후 연구방향은 현재 연구실에서 진행하고 있는 미발표 연구결과에 기인하여 창발적으로 제시하였다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구성과는 DGIST 뇌과학과 Khai Hyunh Ngoc‧전영현 석사과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 세포생물학 분야 권위있는 종설논문 전문 국제학술지 ‘트렌즈 인 셀 바이올로지(Trends in Cell Biology)’ 6월 8일자로 온라인 게재되었다. 아울러 과학기술정보통신부 글로벌리더연구사업, 중견연구자지원사업, 바이오·의료기술개발사업 지원으로 수행되었다.

연 구 결 과 개 요

Multifarious astrocyte-neuron dialog in shaping neural circuit architecture

Khai Huyuh Ngoc, Younghyeon Jeon, Jaewon Ko* and Ji Won Um*

(Trends in Cell Biology, Online published on June 8th, 2024)

*고재원 교수(교신저자, DGIST), *엄지원 교수(교신저자, DGIST) 

Astrocytes are multifaceted glial cell types that perform structural, functional, metabolic, and homeostatic roles in the brain. Recent studies have revealed mechanisms underlying the diversity of bidirectional communication modes between astrocytes and neurons – the fundamental organizing principle shaping synaptic properties at tripartite synapses. These astrocyte–neuron interactions are critical for the proper functioning of synapses and neural circuits. This review focuses on molecular mechanisms that direct these interactions, highlighting the versatile roles of multiple adhesion-based paths that likely modulate them, often in a context-dependent manner. It also describes how astrocyte-mediated processes go awry in certain brain disorders and provides a timely insight on the pivotal roles of astrocyte-neuron interactions in synaptic integrity and their relevance to understanding and treating neurological disorders.

연 구 결 과 문 답

이번 성과 무엇이 다른가

성상교세포-신경세포 상호작용에 따른 시냅스 발달을 조절하는 인자들을 소개한 종설논문들이 최근 몇 편 발표되었으나 본 논문에서는 이를 넘어서 (1) 신경회로 특성을 조절하는 연구성과들도 소개하였고, (2) 신경세포, 성상교세포 모두에서 발현하는 인자들과 관련된 연구내용도 기술하였으며, (3) 해당 분야의 몇 가지 논란들도 같이 소개하여 독자들에게 다양한 정보를 제공하기 위해 노력하였다.

어디에 쓸 수 있나

본 종설논문에 제시한 새로운 연구 방향을 토대로 성상교세포-신경세포 상호작용과 연관된 뇌질환 진단 및 치료제 개발에 단초를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

연구를 시작한 계기는

Trends in Cell Biology 편집장인 일라리아 카니베일(Ilaria Carnevale) 박사로부터 올해 1월 이메일로 이번 종설논문 관련 초청을 받았으며, 종설논문 주제를 고민하고 작업에 돌입해 논문을 게재했다.

어떤 의미가 있는가

이번 종설논문은 성상교세포-신경세포 상호작용 연구가 신경회로-뇌기능 관점에서 어떻게 중요한지 조망하고, 뇌질환 기전 심화이해에 새로운 시각을 제공했다는 점에서 중요한 의미가 있다.

꼭 이루고 싶은 목표는

시냅스 특성을 조절하는 다양한 기전들을 규명하여 신경회로 조직화에 기여하는 근본 원리를 규명하고자 함.