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
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.
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]