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뇌 신경망 작동 원리 밝혀 압상스 간질 치료 실마리 찾아
홍보영 기자|papersong@kidd.co.kr
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뇌 신경망 작동 원리 밝혀 압상스 간질 치료 실마리 찾아

PNAS誌 게재, 간질 장애 치료의 중요한 이론기반 제시

기사입력 2014-08-15 06:39:01
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뇌 신경망 작동 원리 밝혀 압상스 간질 치료 실마리 찾아
시상 망상 뉴런의 전기 생리학적 특징과 압상스 간질 행동


[산업일보]
국내 연구팀이 압상스 간질 치료에 대한 중요한 실마리를 제공할 뇌 신경망의 작동 원리를 규명하는데 성공했다.

압상스 간질(Absence seizure)은 수초에서 수십 초의 의식상실이 나타나는 비 경련성 발작 질환이다. 압상스 간질 발병 시 특이적으로 돌발성 이상 뇌파의 일종인 3Hz의 극서파(棘徐波)가 관찰된다.

지금까지 가설에 의하면 이런 이상 뇌파는 시상 망상체의 뇌 신경세포 내외부로 칼슘 이온의 이동을 조절하는 T형 칼슘 이온통로에 의해 한 번에 여러 개의 전기신호를 생성하는 다발성 발화가 주된 원인이 돼 뇌세포의 전반적인 과 흥분을 초래하기 때문인 것으로 받아들여져 왔다.

연구진은 다발성 발화와 압상스 간질의 관계를 확인하기 위해 유전자 적중 기술(Gene targeting)을 활용해 T형 칼슘 이온통로(cav3.3)를 제거한 생쥐를 제작 후 압상스 간질을 유도하는 실험을 진행했다.

그 결과, 정상 생쥐에 비해 T형 칼슘 이온통로를 제거해 다발성 발화가 차단된 생쥐에서 압상스 간질이 더 증가함을 확인했고, 오히려 단발성 발화가 증가돼 있음을 세계 최초로 밝혀냈다.

이는 기존 가설과 달리 단발성 발화가 압상스 간질의 메커니즘에서 중요한 역할을 하며, 압상스 간질 치료 연구에 있어 주요한 실마리가 될 수 있음을 보여주는 첫 연구다.

간질은 많은 뇌신경의 발작적이며 과도한, 동시성의 전기적인 방출로 나타난다. 특히, 압상스 간질은 전조 증상 없이 의식이 잠깐 소멸되고 뇌파는 3초마다 극서파(spike-and-wave discharge)를 방출하는 것이 특징이다.

압상스 간질 동안에 시상에서부터 대뇌로 연결되는 신경세포는 단발성 발화(tonic firing)가 다발성 발화(burst firing)로 변환되는데, 이 다발성 발화는 T형 칼슘채널을 통한 칼슘 이온의 유입에 의해 유도되며 이러한 과 분극에 의한 반동 탈분극은 신경의 진동성에 중요한 역할을 한다.

또한 이러한 신경 진동 메커니즘은 시상 안에서도 나타나게 되는데 시상은 크게 시상 연결(thalamic relay)과 시상 망상(thalamic reticular) 조직으로 나눌 수 있으며, 흥분성 신경과 억제성 신경이 상호 연결돼 있는 구조이며 이들의 발화는 그 자체로 리듬을 형성할 수 있다. T형 칼슘채널은 3종류의 유형으로 나뉘는데 특히 뇌 부위에 따라 발현이 다르게 나타난다. 시상연결 부위에서는 Cav3.1 유형이, 시상 망상 부위에서는 Cav3.2와 Cav3.3 유형이 주로 발현한다.

그래서 Cav3.3 유전자가 제거된 생쥐에서는 시상 망상 조직에서 다발성 발화가 유전적으로 제거된 것을 의미한다. 다발성 발화가 제거된 생쥐에서 약물 유도 압상스 간질 행동을 보았더니 정상 생쥐보다 극서파가 증가돼 있었고, 이는 바이러스 넉다운 실험과 시상 망상에서 발현하는 두 가지 유형의 T형 칼슘채널이 동시에 제거된 생쥐에서도 같은 결과를 얻었다.

결론적으로 이 논문에서는 기존 압상스 간질에 대한 다발성 발화의 기능적 역할을 재고해보고 단발성 발화의 강화가 압상스 간질을 일으키기에 충분하다는 결과를 제시해 주고 있다.

이번 연구 성과는 세계적 권위의 학술지인 미국국립과학원회보(PNAS, IF 9.809)5) 온라인 판에 소개됐다. 신희섭 IBS 인지 및 사회성 연구단장을 주축으로 한국과학기술연구원(KIST) 및 한국연구재단의 세계 수준연구센터(WCI)팀도 연구에 참여했다.

연구진은 바이러스 넉 다운 기법을 통해서도 T형 칼슘 이온통로의 발현을 억제 후 압상스 간질을 유도하는 실험을 진행했고 앞서 유전자 결손 생쥐실험과 같은 결과를 얻었다.

이 연구는 시상 망상체에서 T형 칼슘 이온통로의 역할을 재조명해야할 필요성을 제기했다는 점에서 큰 의미가 있으며, 앞으로 압상스 간질에서 시상 망상체의 T형 칼슘 이온통로의 역할을 이해하고 간질 장애의 효과적인 치료 방법을 개발하는데 중요한 이론적 기반을 제공할 것으로 기대된다.

신희섭 IBS 인지 및 사회성 연구단장은 “이번 연구는 압상스 간질에 대한 기존 가설에서 벗어나 뇌신경망의 회로를 이해할 수 있는 새로운 기반을 마련한 것으로 평가된다”고 연구 의의를 밝혔다.
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산업1부 홍보영 기자입니다. 국내외 무역과 로봇, IoT, 기계·금형산업에 대한 참 소리를 전합니다.^^


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