“광유전학적 빛자극을 통한 알츠하이머성 치매 치료 연구”
초기 알츠하이머성 치매에서의 해마 억제성 신경세포의 역할 규명
생명과학 분야 권위 학술지인 BMC Biology 게재

▲ 왼쪽부터 곽지현 교수(교신저자), 박결 박사과정(제1저자), 이재동 박사과정(제1저자)

뇌공학과 곽지현 교수팀은 광유전학적 빛자극을 통한 해마 신경망 내 억제성 신경세포(parvalbumin 및 somatostatin-발현 억제성 신경세포) 활성 조절을 통해 초기 알츠하이머성 치매에서 나타나는 뇌파 및 시냅스 가소성 장애를 회복시킬 수 있음을 밝혔다.

보건산업진흥원의 질환극복기술개발사업 및 국가치매극복기술사업과 Human Frontier Science Program 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 세계적 학술지인 BMC Biology에 1월 15일 게재됐다.
*논문명: Optogenetic activation of parvalbumin and somatostatin interneurons selectively restores theta-nested gamma oscillations and oscillation-induced spike timing-dependent long-term potentiation impaired by amyloid β oligomers
*저널링크: https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-019-0732-7
*저자 정보: 박결(고려대, 제1저자), 이재동(고려대, 제1저자), 장현재(고려대, 공동저자), Blake A. Richards(토론토대, 공동저자), Michael M. Kohl(옥스퍼드대, 공동저자), 곽지현(고려대, 교신저자)

알츠하이머성 치매는 국내 치매환자의 약 70%를 차지하는 신경 퇴행성 질환으로, 베타아밀로이드 펩타이드가 기억 형성의 중추인 해마에 침착되어 신경세포의 사멸 및 신경회로 붕괴를 야기함으로써 기억장애가 발생한다고 알려졌다. 특히, 초기 알츠하이머 치매에서 해마 내 베타아밀로이드 펩타이드 침착은 기억 및 학습의 신경회로적 기전으로 알려진 뇌파 및 시냅스 가소성 장애를 야기한다고 알려져 있으나, 그 신경회로적 기전에 대한 이해가 미비할 뿐만 아니라 손상된 신경회로만을 선택적으로 타겟하여 회복시킬 수 있는 기술 또한 없는 상황이다.

곽지현 교수팀은 해마 내 대표적인 억제성 신경세포들(parvalbumin 및 somatostatin-발현 억제성 신경세포)의 광유전학적 조절 기법(빛에 의해 개폐되는 이온채널을 특정 신경세포막에 삽입하여, 빛을 이용하여 특정 신경세포의 활성을 선택적으로 조절하는 기법)을 통해 베타아밀로이드에 의해 손상된 해마 절편에서의 뇌파 및 시냅스 가소성 장애를 정상 수준으로 회복시키는 연구 결과를 도출했다.

구체적으로 연구진은 parvalbumin-발현 억제성 신경세포의 빛 자극을 이용한 광유전학적 활성화를 통해 베타아밀로이드에 의해 손상된 감마파(40-80 Hz)의 뇌파가 정상 수준으로 회복되는 것을 밝혔다. 또한, 빛자극을 이용하여 somatostatin-발현 억제성 신경세포의 광유전학적 활성화를 통해 베타아밀로이드에 의해 손상된 시냅스 가소성 장애를 정상 수준으로 회복시킴을 세계 최초로 밝혔다.

이번 연구를 통해 연구진은 해마 내 대표적인 억제성 신경세포인 parvalbumin-발현 및 somatostatin-발현 억제성 신경세포의 손상이 각각 초기 알츠하이머성 치매에서의 뇌파 및 시냅스 가소성 장애에 선택적으로 관여한다는 것은 물론, 이들 신경세포의 선택적 광유전학적 활성화가 초기 알츠하이머성 치매의 뇌파 및 기억 치료 기법으로의 가능성이 있음을 세계 최초로 제시했다. 또한, 기존 알츠하이머병 연구에서 집중되었던 흥분성 신경세포가 아닌, 특정 억제성(GABA성) 신경세포와 그 신경회로를 새로운 치료 타겟으로 제시했다는 점에서 큰 의의가 있다.

[그림1] 알츠하이머병 주요 원인 물질인 Amyloid beta oligomer (AβO)에 의해 손상된 해마 신경망 내 감마파(40-80 Hz)를 parvalbumin-발현 억제성 신경세포(PV)의 광유전학 기반 빛 자극에 의한 활성을 통해 해마 감마파를 정상 수준으로 회복함

[그림2] AβO에 의해 손상된 해마 시냅스 가소성을 Somatostatin-발현 억제성 신경세포(SST)의 광유전학 기반 빛 자극에 의한 활성을 통해 해마 시냅스 가소성을 정상 수준으로 회복함

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)