시냅스 성질을 변화시키는 물질에 의한 새로운 신경조절 메커니즘 발견

이하 JST press자료 인용 (원문은 여기)

JST 과제달성형기초연구의 일환으로, 도쿄대학 대학원의학계연구과의 비토 하루히코 준교수와 오쿠노 히로유키조교팀은 생쥐나 쥐를 이용한 실험을 통해, 신경세포가 외부로부터의 자극에 반응하여 정보전달효율을 조절하는 새로운 분자메커니즘을 밝혀냈다.

기억은 신경세포인 시냅스에서의 정보전달효율의 변화에 영향을 받는다. 시냅스에서의 이변화는 통상, 수분에서 수시간안에 손실되어버린다. (이를 단기기억이라함.) 그러나, 강렬한 경험이나 같은경험을 반복함으로써 정보전달효율의 변화는 수일이상 장기간동안 유지되어, 장기기억이 형성된다. 이것은 신경세포가 외부로부터의 자극에 반응하여 시냅스의 성질을 장기적으로 변화시키기때문으로, 이러한 현상은 뇌의 유연성이나 기억의 형성 및 보존에 필요할것으로 사료되고있다. 이제까지의 연구에의해 시냅스의 장기변화를 위해서는 신경세포의 세포체에서 신규유전자의 발현이 필요한것으로 알려졌다. 그러나 신경활동에의해 발현된 유전자의 산물이 세포의 어느위치에서, 어떠한 방법으로 신경세포의 성질을 조절하고 변화시키는지는 거의 알려지지않았었다. 

장기증강(増強)자극에의해 합성된 Arc는
증강되어진 시냅스이외의 시냅스에 다량축적된다.

본연구팀은 신경활동에서 발현되는 유전자의 산물을 일종인 Arc라고하는 단백질에 주목하였다. Arc단백질은 시냅스부위에 운반되어 집적되나, 활동성이 높은 시냅스가 아닌 역으로 활동성이 낮은 시냅스에 운반되어 집적되는 것으로 밝혀졌다. 또한 이 집적도는 신경전달을 맡고있는 글루타민산수용체의 양과 역상관관계인것을 알게되었다. 이 발견으로부터 장기적인 기억이 형성됨에있어 Arc단백질은 불필요한 시냅스의 기능을 억제하는 역할을 하고 있는것으로 사료되었다.

Arc의 시냅스집적과 글루타민산수용체의 제거 모식도

인간에있어서도, 이러한 유전자의 발현에의한 신경기능조절 메커니즘은 뇌의 발달이나 학습 및 기억형성등에 필수적인 메커니즘으로 여겨진다. 본연구에 의한 발견은 정신질환이나 학습 및 기억장해등의 병태해명 및 치료법의 개발에 기여를 할것으로 기대되어진다.

본 연구는 2012년 5월 11일 미국의 과학잡지 Cell에 게재되었다.

제목: Inverse synaptic tagging of inactive synapses via dynamic interaction of Arc/Arg3.1 with CaMKIIβ (원문여기)