국내 연구진이 머리에 빛을 비춰 신경 세포를 재생하고 공간 기억능력을 향상시키는 과정을 밝혀냈다.
기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 사회성 뇌과학 그룹의 허원도 초빙연구위원(KAIST 생명과학과 교수) 연구진은 이 같은 연구내용을 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 23일 발표했다.
연구진은 염증성 뇌질환이나 퇴행성 신경질환 등 여러 뇌질환과 관련된 ‘Fas 수용체 단백질’에 주목했다. 대뇌 해마(기억과 학습을 담당하는 영역)의 신경 재생에 Fas 수용체가 관련돼 있다는 것은 알려져있지만, 자세한 작동 원리에 대해선 알려진 바 없다.
연구진은 청색광을 쬐어주면 Fas 단백질이 작동하도록 유도하는 ‘옵토파스(OptoFAS)’ 기술을 개발했다. 옵토파스 기술은 빛을 이용해 세포의 기능을 조절하는 광유전학 기술이다. 빛에 반응해 구조나 활성이 변하는 ‘광수용체 단백질’의 유전자에 Fas 수용체 단백질의 유전자를 결합했다. 빛으로 Fas 단백질을 조절해 대뇌 안의 신호전달경로들을 활성화하는 것이다.
연구진은 살아있는 생쥐 대뇌에 다양한 시간 동안 빛을 쬐어주고 알파벳 와이(Y) 모양의 통로에서 실험을 진행했다. 쥐가 두 갈래 길에서 한쪽으로 간 뒤, 기억능력이 좋다면 출발지점이 아닌 나머지 다른 길로 들어서게 된다.
실험 결과 빛을 쬐어주는 시간에 따라 여러 신호 전달 경로들이 차례로 활성화됐고, 이를 반복하니 쥐의 신경재생과 공간기억 능력이 향상되는 것을 확인했다. 빛을 5회 쬐어주었을 때 공간 기억 능력이 약 10% 향상됐다.
연구진은 “옵토파스 기술을 이용하면 약물을 처리하거나 유전자를 변형한 생쥐를 사용하였을 때 발생하는 여러 부작용이 없다”고 설명했다.
허원도 교수는 “옵토파스 기술을 이용하면 빛만으로 살아있는 개체의 신경세포 내에서 단백질의 활성과 신호전달경로를 쉽게 조절할 수 있다”며 “이 기술이 뇌인지 과학 연구를 비롯해 앞으로 대뇌질환 치료제 개발 등에 다양하게 적용되기를 바란다”고 말했다.