빛으로 신경신호 끄고 되살리는 ‘LATeNT’ 개발

대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 엄지원 교수 연구팀과 미국 스탠포드대학교 앨리스 팅 교수 연구팀이 빛으로 신경세포 사이의 신호 전달을 차단한 뒤 다시 회복시키는 광제어 플랫폼 ‘LATeNT’를 개발했다. 이 기술은 약한 청색광만으로 강력한 억제 효과를 내며, 빛 자극을 중단하면 약 24시간 안에 신경전달 기능이 자연스럽게 원래 상태로 돌아오는 가역성을 갖췄다.

연구진은 신경전달물질 분비와 관련된 단백질을 자르는 파상풍 신경독소에 빛을 감지하는 LOV 단백질을 결합해 LATeNT를 설계했다. 특정 파장의 청색광이 비칠 때만 신경전달에 필수적인 VAMP2 단백질을 절단하는 방식이다. 쥐 모델의 해마에 있는 특정 억제성 신경세포 신호를 일시적으로 막은 결과, 해당 세포가 불안 행동을 조절하는 뇌 신경회로에 핵심적으로 관여한다는 점도 확인했다.

시냅스는 신경세포가 정보를 주고받는 주요 연결 부위로, 기능에 이상이 생기면 불안장애와 우울증, 자폐스펙트럼장애 등 여러 신경정신질환으로 이어질 수 있다. 기존 광유전학 기술은 주로 신경세포의 전기적 활동을 조절하는 데 머물러 특정 시냅스의 신호를 오랫동안 억제하면서 기능을 온전히 되돌리는 데 한계가 있었다. LATeNT는 기존 도구보다 더 강하고 지속적인 신경전달 억제 효과를 보였다.

연구진은 LATeNT를 중추신경계뿐 아니라 췌장 베타세포에도 적용해 빛으로 인슐린 분비를 정밀하게 조절하는 데 성공했다. 뇌 신경회로를 넘어 대사·면역 질환 연구와 합성생물학 기반 유전자 회로 설계 등 생명공학 분야에서 활용될 가능성을 제시한 결과다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원한 이번 공동연구에는 노희광·김동욱 박사가 공동 제1저자로 참여했으며, 성과는 7월 31일 ‘네이처 메소드’ 온라인판에 실렸다.