DGIST·스탠퍼드, 빛으로 시냅스 껐다 켜는 'LATeNT' 개발

DGIST 뇌과학과 엄지원 교수 연구팀이 미국 스탠포드대학교 앨리스 팅(Alice Ting) 교수 연구팀과 공동으로 빛으로 신경세포 간 신호 전달을 껐다 켤 수 있는 광제어 플랫폼 'LATeNT'를 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 메소드(Nature Methods)'에 지난달 31일 온라인 게재됐다.

시냅스(신경세포 간 신호를 주고받는 연결 부위)에 이상이 생기면 불안장애, 우울증, 자폐스펙트럼장애 등 신경정신질환으로 이어질 수 있다. 기존 광유전학(빛으로 신경세포 활동을 조절하는 기술) 도구는 신경세포의 전기적 활동을 다루는 데 그쳐, 특정 시냅스의 신호 전달을 장시간 차단했다가 온전히 되돌리기는 어려웠다.

파상풍 독소와 빛 감지 단백질을 결합

연구팀은 신경전달물질 분비에 관여하는 단백질을 절단하는 파상풍 신경독소에, 빛을 감지하는 'LOV(light-oxygen-voltage) 단백질'을 결합해 LATeNT를 만들었다. LATeNT는 청색광을 쬐었을 때만 활성화돼 신경전달의 핵심 요소인 'VAMP2 단백질'을 절단, 시냅스 신호를 억제한다. 빛을 거두면 약 24시간 안에 신경전달 기능이 스스로 회복되는 가역적 특성을 갖는다.

연구팀은 쥐 모델의 해마(기억·감정을 조절하는 뇌 부위) 안 억제성 신경세포에 LATeNT를 적용해, 이 세포가 불안 행동을 제어하는 신경회로에 관여한다는 사실을 확인했다. 기존 광유전학 도구보다 억제 효과가 강하고 오래 지속됐다. 연구팀은 같은 방식을 췌장 베타세포에도 적용해 빛으로 인슐린 분비를 정밀하게 조절하는 데도 성공했다.

신경질환 넘어 대사·면역 질환 연구로 확장

엄지원 교수는 "LATeNT는 특정 시냅스 단백질의 기능을 시공간적으로 제어할 수 있는 최초의 분자 도구"라며 "향후 유전자 전달 기술이나 약물 제어 시스템과 결합하면 뇌 신경질환은 물론 대사·면역 질환을 아우르는 연구 플랫폼으로 확장될 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받았으며, 노희광 박사와 김동욱 박사가 공동 제1저자로 참여했다.

자료: DGIST