청색광으로 시냅스 신호 끄고 되살린다

DGIST 뇌과학과 엄지원 교수 연구팀이 미국 스탠포드대학교 엘리스 팅 교수 연구팀과 빛으로 신경세포 사이의 신호 전달을 차단한 뒤 다시 회복시키는 광제어 플랫폼 ‘LATeNT’를 개발했다. 이 기술은 시냅스 기능을 정밀하게 조절해 뇌 질환의 발병 원리를 밝히고 인슐린 분비를 제어하는 연구 등에 활용될 가능성을 제시했다.

연구팀은 신경전달물질 분비 관련 단백질을 자르는 파상풍 신경독소에 빛 감지 기능을 지닌 LOV 단백질을 결합했다. LATeNT는 특정 파장의 청색광을 받을 때 신경전달에 필수적인 VAMP2 단백질을 절단해 시냅스 신호를 억제한다. 빛 자극을 중단하면 약 24시간 안에 신경전달 기능이 자연스럽게 원래 상태로 돌아오는 가역성도 갖췄다.

시냅스 기능 이상은 불안장애와 우울증, 자폐스펙트럼장애를 비롯한 여러 신경정신질환과 연관된다. 기존 광유전학은 주로 신경세포의 전기적 활동을 조절해 특정 시냅스의 신호를 장시간 억제하고 완전히 복원하는 데 한계가 있었다. LATeNT는 약한 청색광만으로 강하고 지속적인 억제 효과를 냈으며, 쥐의 해마에 있는 특정 억제성 신경세포를 일시적으로 차단해 해당 세포가 불안 행동 조절 회로에 핵심적으로 관여한다는 점을 확인했다.

연구팀은 LATeNT를 췌장 베타세포에도 적용해 빛으로 인슐린 분비를 정밀하게 조절하는 데 성공했다. 중추신경계 연구뿐 아니라 대사·면역 질환 연구와 합성생물학 기반 유전자 회로 설계로 활용 범위를 넓힐 수 있는 결과다. 향후 아데노연관바이러스 유전자 전달기술이나 약물 제어 시스템과 결합하면 암과 뇌 신경질환, 대사·면역 질환을 겨냥한 플랫폼으로 확장될 가능성도 있다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원한 이번 공동연구에는 노희광·김동욱 박사가 공동 제1저자로 참여했으며, 성과는 ‘네이처 메소드’에 온라인 게재됐다.