우리 학교 연구진이 노화 및 치매 뇌에서 비정상적 별아교세포가 생겨나는 것을 최초로 관찰했다고 지난 8월 1일 밝혔다. 해당 세포는 신경 세포의 연결점인 시냅스의 숫자 및 기능 유지에 악영향을 줄 수 있는 것으로 밝혀졌다.  

 이번 연구는 우리 학교 생명과학과 이은별 박사와 정연주 박사 후 연구원이 공동 제1 저자로 참여하고, 정원석 교수가 교신저자로 참여했다.

신경교세포와 별아교세포

 뇌는 신경세포의 합이 아니다. 신경세포보다 훨씬 많은 수의 세포들이 뇌에 존재한다. 이 세포들을 신경교세포(glia)라고 부른다. 

 신경교세포는 신경세포 못지않게 중요하다. 신경세포에 필요한 물질을 공급하고, 적합한 화학적 환경을 조성하는 등 핵심적인 역할을 수행한다. 과거에는 초점이 신경세포에 맞추어져 있었지만, 최근 다양한 연구들은 신경교세포의 중요성을 강조하고 있는 추세다.

 또한, 신경교세포에서도 별아교세포(astrocyte), 소교세포(microglia) 등의 다양한 유형이 있다. 이 중 연구팀이 연구한 세포는 별아교세포이다. 별아교세포는 미세한 잔가지들을 통해서 수천, 수만 개의 시냅스를 감싸고 있으며, 가바(GABA)와 같은 신경 전달 물질의 농도를 조절하는 등의 기능을 수행한다.

연구팀의 별아교세포 연구

 정원석 교수 연구팀은 이전 연구를 통해 별아교세포가 신경세포의 시냅스를 만들 수도 또는 제거할 수도 있음을 밝혔다. 그러나 이러한 중요한 기능을 수행하는 별아교세포가 노화 과정에서 어떻게 변화하는지는 아직 알려지지 않았었다.

 연구팀은 노화된 뇌에서 별아교세포의 기능 변화를 이해하고자 단일 세포 RNA 시퀀싱을 수행했다. 세포별로 발현된 단백질을 통해 세포의 양상을 살펴보았고, 그 결과 연구팀은 새로운 별아교세포를 발견했다. 기존의 통설에 따르면 별아교세포는 정상 세포와 염증성 별아교세포로 나뉘었다. 그러나 연구팀이 발견한 별아교세포는 염증성 별아교세포가 아니면서도 비정상적인 발현을 보이는 새로운 종류의 세포였다.

`아프다(APDA: AutoPhagy-Dysregulated Astrocyte)' 세포

 연구팀은 해당 세포의 주변에 있는 시냅스들이 제대로 배열돼 있지 못하고 또한 그 숫자가 감소해 있음을 발견했다. 연구팀은 이러한 특징을 나타내기 위해 새로 발견한 별아교세포를 `아프다(APDA: AutoPhagy-Dysregulated Astrocyte)' 세포로 명명했다.

 이후 연구팀은 노화된 뇌에서 발생하는 시냅스 손상 및 뇌인지 기능 저하가 APDA 세포에서 기인했을 가능성을 제시했다. 연구진은 치매 모델 쥐에서 이 같은 APDA 세포가 정상 쥐의 노화 과정에서 나타나는 것보다 더욱 빨리 해마에서 생겨남을 발견했다. APDA 세포가 치매에서 나타나는 인지 기능 저하에도 역할을 할 수 있음을 보인 것이다.

원인, 자가포식의 비정상적 조절

 연구팀은 APDA 세포가 해마에서만 선택적으로 생겨나며 자가포식 과정에서 생겨나는 오토파고좀에 갇혀 있는 형태임을 발견했다. 따라서 연구팀은 APDA 세포의 원인이 비정상적인 자가포식 작용이라 생각하여, 그 기전을 연구했다.

 연구팀은 노화가 진행될수록, 해마에 존재하는 APDA 세포에서 엠토르와 프로테아좀 활성도가 매우 감소함을 확인하였다. 이들은 자가포식 작용을 제어하는 핵심 물질로, 두 물질의 활성도가 감소하면 자가포식 작용이 촉진되는 것으로 알려져있다.

 자가포식 작용에서 세포는 분해할 물질을 감싸 오토파고좀이라는 소체를 형성하는데, 이 소체는 리소좀이라는 물질로 분해되어 에너지로 사용된다. 그러나 APDA 세포는 리소좀의 활성이 감소되어있어 오토파고좀을 제대로 분해할 수 없었다. 결과적으로 분해되지 않은 오토파고좀이 세포를 감싸 별아교세포의 정상적인 기능을 수행하지 못하게 만든 것이다. 연구진은 9개월령 쥐에게서도 엠토르 및 프로테아좀 수치를 인위적으로 감소시켰을 때 동일하게 APDA 세포가 형성됨을 확인했다.

노화 연구의 새로운 패러다임

 연구팀은 노화를 극복하기 위해 엠토르를 억제해야한다는 현재 패러다임이 오히려 비정상적인 APDA 세포의 생성을 촉진할 수도 있음을 언급하며, 궁극적인 노화 연구는 세포 특이적으로 세분화되어야 한다고 강조했다.