뇌 속 무슨 일이 생기는지 알아낸다

자동완성끄기

KIST, 시냅스 작용 눈으로 관찰가능한 기술 개발

신경세포 내 염소이온 농도에 따른 클로멜레온 작용.- KIST 제공

‘카멜레온’ 같이 시시각각 신경세포의 색을 변화시켜 시냅스의 움직임을 눈으로 볼 수 있는 기술이 나와 주목받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 기능커넥토믹스연구단 조지 어거스틴 박사팀은 ‘억제성시냅스’의 활성화도를 색의 변화로 정밀하게 알려주는 ‘슈퍼클로멜레온’을 개발했다고 25일 밝혔다.

슈퍼클로멜레온은 염소이온(클로린)의 농도에 따라 색깔을 변화시켜 관찰할 수 있도록 하는 ‘클로멜레온’의 차세대 물질이다.

억제성시냅스는 다른 신경세포의 활성화를 억제하는 시냅스로, 이 부위가 활성화되면 ‘GABA’라는 신경전달물질이 작용해 신경세포 속 염소이온(Cl⁻)의 농도가 높아진다. 100조 개 뇌 속 시냅스 중 3분의 1을 차지하는 억제성시냅스의 작용을 알기 위해서는 염소이온 농도를 정밀하게 파악하는 것이 중요한 과제다.

연구팀은 듀크대 의대 호머 헬링가 교수가 개발한 ‘단백질 제작 자동화로봇 시스템’을 이용해 을 이용해 슈퍼클로멜레온을 개발했다.

KIST 연구팀은 빛을 받으면 고유한 색을 내는 형광단백질인 클로멜레온의 구조를 분석한 뒤, 단백질 시퀀스를 간단히 입력하면 mRNA와 박테리아의 효소 등을 이용해 새로운 단백질을 빠르게 조합하는 이 시스템을 이용해 염소이온과 좀 더 잘 결합하는 조합의 새로운 후보 형광단백질을 검토했다.

그 결과 연구팀은 기존의 클로멜레온에 비해 성능이 향상된 슈퍼클로멜레온을 얻었다. 이 형광단백질을 실험 쥐에게 주입한 결과, 이전보다 훨씬 정밀한 염소농도에 따른 색 이미지를 얻을 수 있었던 것.

기존에 사용된 염소이온 센서인 '클로멜레온'(위)과 최근 KIST에서 개발한 '슈퍼클로멜레온'의 성능차이. - KIST 제공

이전에는 칼슘이온농도를 측정함으로써 시냅스 움직임을 측정했지만, 신경세포 내에 칼슘이온농도가 절대적으로 낮아 측정과정에도 칼슘이 줄어들어 정상적인 작용을 방해한다. 반면 염소이온은 농도가 높아 슈퍼클로멜레온으로 염소이온을 측정하더라도 신경의 작용에는 문제가 없어 뇌 전체의 작용을 알아보는 데 중요한 역할을 할 것으로 전망된다.

조지 어거스틴 연구단장은 “슈퍼클로멜레온으로 신경세포의 아주 얇은 가지 속 염소농도까지 알 수 있게 됐다”며 “신호 대 잡음비(S/N)가 높을수록 오차가 적은데, 슈퍼클로멜레온은 기존 클로멜레온에 비해 최대 6배 신호 대 S/N 값이 높아 훨씬 정밀하게 신경세포내 염소이온의 농도를 알 수 있다”고 설명했다.

이 연구 결과는 신경과학분야 권위지 ‘저널오브뉴로사이언스’ 10월호에 실렸다.

동아사이언스

과학 TOP5

인간 TOP5

테크 TOP5

환경·자연 TOP5

생활 TOP5

정책 TOP5

하이테크 기업 TOP5

사람들 TOP5

오피니언 TOP5

연재 TOP5

과학기술매거진 TOP5

연재

동아사이언스