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)

뇌내부 신경전달물질 (아세틸콜린) 분포가시화의 성공으로 신경,근육계통병 원인규명에 새로운 길이 열리다.

이하 JST press 자료 인용 (원문은 여기)

JST 과제달성형기초연구의 일환으로서 칸사이의과대학 의학부의 矢尾 育子(YAO IKUKO) 강사팀은 질량분석이미징 (mass spectrometry imaging)이라불리는 방법을 이용하여, 대표적인 신경전달물질에 하나인 Acetylcholine (아세틸콜린)의 뇌신경에서의 분포를 세계에서 처음으로 가시화하는 것에 성공하였다.

질량분석이미징으로 검출된 생쥐뇌중의 Acetylcholine 분포 

뇌내부에 있는 신경세포의 시냅스간의 정보는 신경전달물질로 불리는 작은 분자에 의해 전달된다. 아세틸콜린은 그 일종으로, 부교감신경이나 운동신경에 작용하는것으로 알려져있다. 또한, 학습・기억, 수면등에도 깊이 관계되어있다. 파킨슨병이나 알츠하이머병등에 있어서도, 아세틸콜린의 존재량이 증상에 크게 관여되어있는것으로 여겨지고있다. 

뇌의 활동상태를 조사하거나, 질환의 병태(病態) 메커니즘을 이해하기위해서는 뇌내부의   아세틸콜린의 동태를 조사할 필요가 있다. 종래의 일반적인  아세틸콜린의 검출방법은 아세틸콜린의 수용체나 분해효소에 대한 항체를 사용한 간접적인 방법으로,   아세틸콜린 자체를 직접검출 할 수 없는 문제가 있었다. 한편, 조직(組織)중의 분자분포를 직접조사하는 방법으로 질량분석 이미징법이 개발되었으나, 감도의 문제로 아직까지는 조직중에 풍부하게 포함된 지질등의 분석에 사용되었으며,  아세틸콜린등의 미량으로 존재하는 분자의 검출은 힘들다고 여겨져왔었다.  

矢尾 育子(YAO IKUKO) 강사팀은 이번에 질량분석을 2회이상 연속하여 행하는 다단층(多段階)질량분석이미징을 응용함으로인하여, 미량의 아세틸콜린을 뇌조직 절편으로부터 직접검출하여, 조직의 어느부분에 아세틸콜린이 분포하고 있는지 가시화하였다.

이연구의 성과는 이후, 검출감도의 향상으로 아세틸콜린 이외의 신경전달물질등의 검출에 응용하는 것이 가능할 것으로 판단되어, 파킨슨병이나 알츠하이머병, 신경근접합부의 이상과 같은 신경 및 근육의 병의 병태해명에 큰 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 

이 연구결과는 독일의 과학잡지 Analytical and Bioanalytical Chemistry의 온라인 상에  가까운 시일내에 게재될 예정이다.