DGIST, 정서장애 및 PTSD 치료 단초 기술 개발

유전자 발현으로 전환하는 세포체에 표적을 맞춘 'ST-Cal-Light 시스템' 개발
특정 신경세포 앙상블과 행동 사이의 연결고리를 찾는 핵심 기술로 활용

현정호 DGIST 뇌과학과 교수
현정호 DGIST 뇌과학과 교수

대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 현정호 뇌과학과 교수가 미국 존스홉킨스 의과대학 연구팀과 공동연구로 특정 신경세포·회로와 특정 행동의 인과관계를 검증할 수 있는 툴을 개발했다고 30일 밝혔다.

정서장애나 외상후 스트레스장애(PTSD) 치료에 쓰일 수 있는 단초기술로 평가된다.

연구팀은 신경세포 활동전압에서 촉발된 세포 내 칼슘 상승을, 빛을 이용해 선택적으로 유전자 발현으로 전환하는 세포체에 표적을 맞춘 'ST캘라이트(ST-Cal-Light) 시스템'을 개발했다. 캘라이트(Cal-Light)는 빛과 칼슘을 동시에 이용해 원하는 때에만 빛을 켜고 끔으로써 활성화된 신경세포만을 시각화하거나 활성을 조절하는 기술이다.

ST-Cal-Light를 이용하여 표지된 운동학습시 활성화되는신경세포들 (노란색)
ST-Cal-Light를 이용하여 표지된 운동학습시 활성화되는신경세포들 (노란색)

캘라이트 기술이 효율적으로 구동되려면 특정 행동에 따라 활성화된 신경세포를 표지(Labeling)해야 한다. 또 특정 세포의 활성을 제어할 수 있는 스위치도 필요하다. 하지만 기존 캘라이트 기술은 활동전압에 비의존적인 칼슘신호로만 특정 신경세포가 표지되는 등 정확도가 다소 떨어진다는 단점이 있다.

연구팀이 개발한 ST캘라이트 시스템 기술은 세포체에서 발생하는 활동전압에만 더욱 의존적인 표지가 가능하므로 기존 캘라이트 기술 대비 훨씬 좋은 효율로 표지가 가능하다. 또 단백질이 세포체에 집중되므로 칼슘과 빛에 대한 반응성이 증가해 특정행동에 관여하는 신경세포들을 기존 대비 더 높은 시공간해상도로 표지가 가능하다.

연구팀은 ST캘라이트를 이용해 뇌전증 등 신경과적인 뇌질환 역시 전임상 단계에서 치료가 가능하다는 것을 실험동물로 규명했다.

ST-Cal-Light이 발현된 배양된 신경세포들
ST-Cal-Light이 발현된 배양된 신경세포들

특정행동에 관여하는 신경세포를 정확히 표지하고 조절할 수 있는 이 기술로 기존에 연구하기 어려웠던 특정 신경세포 앙상블과 행동 사이의 연결고리를 찾는 핵심 기술로 활용될 전망이다.

현정호 교수는 “특정 신경세포 활성을 제어할 수 있는 스위치를 이용해 감정·행동을 조작함으로써 즐거웠던 기억을 주입할 수도, 잃어버린 기억을 복원시키는 것도 가능할 것”이라며 “우울증이나 알츠하이머병의 새로운 치료법 개발 전략을 제시할 수 있을 것”이라고 말했다.

DGIST, 정서장애 및 PTSD 치료 단초 기술 개발

이번 연구는 현정호 교수가 제1저자로, 존스홉킨스 의과대학의 권형배 교수가 교신저자로 참여했다. 연구결과는 최근 저명 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 온라인 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부의 DGIST 기본사업 '그랜드챌린지연구혁신프로젝트(P-CoE)'의 지원을 받아 수행됐다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com