[U's Line 김재원 기자] 연세대학교 생화학과 고재원 교수 연구팀이 세계 최초로 ‘칼신테닌(calsyntenin) 단백질’을 발견했다. 또한, 칼신테닌 단백질이 시냅스 생성을 특이적으로 촉진한다는 것과 이 단백질이 ‘억제성 시냅스(inhibitory synapse)’의 구조와 기능을 조절한다는 점도 밝혀냈다. 이는 다양한 종에서 발견되는 진화적으로 보존된 시냅스 단백질의 새로운 기능을 규명했다는 점에서 획기적인 연구로 평가받고 있다. 

‘시냅스(synapse)’란 뇌가 기능을 수행하는 데 가장 기본이 되는 단위다. 또한, 두 개의 서로 다른 신경세포가 만나서 신경전달이 일어나는 장소기도 하다.

시냅스는 흥분성 시냅스(excitatory synapse)와 억제성 시냅스로 구분된다. 이들은 서로 균형을 맞추어서 신경전달이 효율적으로 일어날 수 있도록 한다. 두 시냅스 간의 균형이 깨질 경우, 각종 뇌 질환이 발생한다.

고 교수 연구팀은 칼신테닌 단백질의 한 종류인 ‘칼신테닌3 단백질’이 특이하게 시냅스 생성을 유도한다는 것을 확인했다. 신경 배양세포에서 칼신테닌 유전자의 발현을 감소시킬 경우 억제성 시냅스의 숫자와 기능이 감소한다는 사실도 확인했다. 또한, 칼신테닌3 단백질은 전 시냅스 접착 단백질 중 기능이 잘 알려진 뉴렉신(neurexin) 단백질과 복합체(complex)를 형성해 시냅스에서 함께 기능을 수행한다는 사실도 증명했다.

이번 연구에서 밝혀낸 놀라운 사실은 칼신테닌3 단백질과 뉴렉신 단백질은 직접 결합하지 않았다는 점이다.

이는 두 단백질 사이를 물리적으로 매개하는 중간자 단백질(intermediary protein)이 존재한다는 것을 암시해 준다. 이는 최근 신경생물학 분야 권위지 ‘뉴런(Neuron)’ 지에 게재됐던 연구논문에서 밝혔던 “두 단백질이 직접 결합한다”는 주장을 정면으로 반박하는 것이다.

셀 리포트지는 이례적으로 두 논문 사이의 유사점과 차이점을 조명하여 같은 호에 Preview 형태로 보도했다. 이번 연구는 칼신테닌 단백질과 뉴렉신 단백질이 여러 종(species)의 동물에서 발견된다는 점에서 의미가 깊다.이는 앞으로 다양한 종류의 동물을 포함해서 새로운 시냅스 접착경로가 뇌 발달 과정에 어떻게 작용하는지를 밝혀 낼 수 있을 것으로 기대된다.

고재원 교수는 “현재 후속논문을 준비하고 있다”며 “이번 논문에서 새롭게 도출한 질문에 대한 해답과 두 논문 간의 차이점 등을 명확하게 밝혀 낼 계획”이라고 전했다.

고재원 교수가 연구책임자로 참여한 이번 연구는 엄지원 연구교수(제1저자)와 고지승 연구원(박사과정학생)이 주도했다. 여기에 미국 스탠퍼드 대학교(Stanford Univ.)의 Thomas Sudhof 교수(2013 노벨생리의학상 수상자) 연구팀, 일본 신슈(Shinshu) 대학의 Katsuhiko Tabuchi 교수 연구팀, 고려대학교 김현 교수 연구팀, 경희대학교 박강식 교수 연구팀이 연구활동에 함께 참여했다. 또한, 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심공동연구), 대통령 포스트 닥터 펠로우십, 보건복지부의 세계선도 의생명과학육성 프로그램(Medi-Star)과 질병중심 중개연구의 지원을 받아 수행됐다.

한편, 이번 연구는 ‘셀 리포트(Cell Reports)’ 3월호에 게재됐다 (3월 7일 온라인 게재).‘셀 리포트’지는 세계적인 생명과학 권위학술지 ‘셀(Cell)’의 자매지다.