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생쥐 뇌의 거대한 뉴런, 일반화된 각성에 영향 줘
등록일 : 2018-08-29 15:12 | 최종 승인 : 2018-08-29 15:12
이현주

[메디컬리포트=이현주 기자] ▲뇌의 3D 이미지(출처=123RF)

거대핵세포는 중추 신경계에서 중요한 거대 뉴런이지만 뇌 기능에 대한 중요성은 불분명하다. 더 록펠러대학 연구진들은 세포를 조사, NGC 뉴런이 인식과 인지에 영향을 미칠 수 있다고 결론지었다.

쥐를 모델로 실험한 연구 결과는 미국 국립과학원회보에 발표되었다. 연구자들은 의학적으로는 아직 이해하기 힘든 뇌 줄기 영역에 대한 통찰력을 제공했다고 평가받고 있다.

뇌간의 거대한 뉴런

뇌간 또는 뇌 후부위에는 중간뇌, 뇌교, 연수로 구성되어 있다. 뇌간 주변에는 복잡하게 서로 얽히고 연결된 핵들이 발견된다. 이렇게 연결된 핵들은 뇌의 다양한 배치구도 때문에 해부학적으로 잘 정의되어 있지 않다. 그중 소구역이라고 불리는 곳에 거대세포그물핵도 위치하고 있다.

NGC 뉴런의 형태를 보면, 중요한 부분이라는 것을 알 수 있다. 록펠러대학의 신경 생물학 및 행동연구소 연구 책임자인 도날드 파프(Donald Pfaff)와 동료들은 거대한 뉴런이 뇌에 할 수 있는 것과 세포가 특별히 작용하는 것을 탐구했다. 쥐를 이용해 세포를 연구한 결과, 연구자들은 시상을 포함한 신경계의 거의 모든 부분에 연결된 매우 큰 뉴런으로 구성된 NGC의 하위 유형을 조사했다.

NGC 하위 유형은 시상과 관련되어 있어 연구팀은 뉴런이 주의력, 인식, 인지, 기억 및 인식에 중추적인 역할을 하는 대뇌의 가장 큰 부분인 전체 대뇌 피질을 활성화할 수 있음을 깨달았다.

거대 뉴런에 깊숙하게 파고 들다

▲뉴런(출처=123RF)

일반화 각성 또는 GA분석에서 NGC 뉴런의 중요성을 결정하기 위해 연구팀은 세포가 발현하는 유전자를 확인하고자 했다. 일반화된 각성은 아침에 일어나서 환경과 접촉하는 것과 같은 의식 및 관련된 두뇌 활동이다. 유전자 확인 과정에서 연구진은 뉴런의 분자 및 신경 해부학 적 세부 사항을 인식하기 위해 retro-TRAP(retro-translating ribosome affinity purification)이라는 기술을 적용했다.

retro-TRAP은 NGC 뉴런이 내피 산화질소 합성 효소 또는 eNOS로 알려진 효소를 발현할 수 있다고 발표했다. 지난 2010년의 연구에 따르면, eNOS 효소는 신체에서 산화질소 분자를 생산하는 3가지 인지된 동형 단백질 중 하나다. 분자는 혈관을 이완시키고 조직에 필요한 산소가 공급된 혈액의 흐름을 증가시킬 수 있다. 연구진은 다른 뉴런이 eNOS를 생성할 수 없기 때문에 큰 뉴런이 효소를 발현할 수 있다는 사실에 놀랐다.

"뉴런이 더 많은 산소와 포도당을 필요로 한다면, 그것을 얻기 위해 근처의 혈관에 산화질소를 방출할 것이라고 확신한다"고 파프는 덧붙였다.

eNOS 생산은 NGC 뉴런이 혈액 공급을 직접 제어할 수 있게 해준다. 세포가 혈액과 산소 공급을 스스로 조절할 수 있다면 뉴런은 중추 신경계의 기능에 중요한 역할을 할 수 있다.

▲현미경(출처=123RF)

세포에서 심리학으로

쥐를 대상으로 한 실험에서 특정 자극이 NGC 뉴런을 유발해 산화질소 생산을 증가할 수 있음을 보여주었다. 연구의 저자 중 하나인 이나 타반스키(Inna Tabansky)에 따르면, 쥐는 익숙한 환경에 있을 때 eNOS 생산이 적었다고 한다. 그러나 쥐가 새로운 환경을 발견하면 갑자기 급증해 일반화된 각성과 환경 변화 사이의 가능한 관계를 설명했다.

이 연구 결과는 주의력 결핍 과잉 행동장애와 양극성 장애와 같은 정신건강 상태를 이해하는 데 도움이 될 수 있기를 희망했다. 그러나 정신 장애와 NGC 뉴런 사이의 연결 메커니즘을 찾기 위해서는 앞으로의 연구가 필요하다.

거대 핵 세포

파프는 지난 2012년 논문에서 일반화된 각성 상태에서의 NGC 뉴런의 역할에 대한 논문을 제출했다. 이 논문에서 파프와 공동 연구원들은 뉴런이 경골어류의 세포에서 진화했을지도 모른다고 설명했다. 이 점은 모든 척추동물의 중추 신경계, 신경 해부학적, 신경생리학적 및 NGC 뉴런의 분자적 특성과 관련이 있다.

한편 마우트너 세포는 빠른 탈출 반사 작용을 담당하는 양서류와 물고기에서 쉽게 확인할 수있는 뉴런으로 화학적 및 전기적 시냅스의 비정상적인 활용으로 인지되어 왔다.

마우트너 세포가 위협을 피하고 신속한 대응을 위한 네트워크를 제공하지만 NGC 뉴런은 GA 이상의 회로 제어와 같은 다양한 기능을 제공할 수 있다. 연구자들은 또한 굶주림, 갈증 또는 성행위와 관련된 동기 부여 자극이 발생할 때 뉴런이 GA 조절에 관여할 수 있다고 생각했다.

과학자들은 거대 핵 세포에 대한 지식이 거의 없다. 그러나 이 세포가 뇌의 광대한 영역에 영향을 미칠 수 있다면, 그리고 신경 세포의 장단점을 이해한다면 인지 능력과 신경 심리적 장애가 어떻게 작용하는지 아는데 도움이 될 수 있다.

[메디컬리포트=이현주 기자]

[메디컬리포트=이현주 기자]

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