시냅스는 신경정보를 빠르고 정확하게 전달하는 특별한 창구로서 모든 뇌기능을 관장한다. 시냅스는 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스로 구분되는데, 이들은 뇌기능이 정상적으로 작동할 수 있도록 협력하며 신경회로 네트워크의 균형을 유지한다. 이런 균형이 망가질 경우 다양한 뇌 발달 질환, 정신질환, 퇴행성뇌질환 등이 발병하는 것으로 알려져 있다.

엄지원·고재원 교수 공동 연구진은 지난 2013년 이후 시냅스 접착 단백질군을 다수 발굴하고 그 기능을 연구해왔다. 특히 연구진은 슬릿트랫(Slitrk) 시냅스 접착단백질군이 흥분성 및 억제성 시냅스 발달에 관여하는 핵심 인자임을 규명한 바 있다. 이 중 슬릿트랫2(Slitrk2) 단백질은 흥분성 시냅스 형성에 특이적으로 관여하는데, ‘X-염색체 연관 지적장애’를 비롯한 자폐증, 지적장애 등의 뇌질환과도 밀접하게 관련돼 있었다.

이번 연구에서는 뇌정신 및 뇌발달 질환자들을 대상으로 엑솜시퀀싱을 통해 기존에 보고되지 않았던 다양한 슬릿트랙2 유전자 변이들을 검출하고, 이 변이들이 슬릿트랫2 단백질 구조 및 기능에 어떻게 영향을 미치는지 체계적으로 분석했다. 변이들 중 일부는 슬릿트랙2 단백질이 세포막에서 제대로 발현하지 못하게 기능을 망가뜨려 흥분성 시냅스 신경전달과정을 저해함을 발견했다.

흥미롭게도 뇌발달질환 연관 신규 슬릿트랙2 변이들은 모두 트랙B 수용체의 발현 및 활성을 비정상적으로 변형시켰다. 트랙B 수용체는 BDNF 인자와 함께 작동해 시냅스 발달을 매개하는 중요 단백질이고, 자폐 등 뇌 발달 질환과의 연관성도 잘 알려져 있다. 이에 따라 이번 연구 결과는 슬릿트랙2-트랙B 복합체를 타겟으로 한 신규 뇌정신질환 치료제 개발에 중요한 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

엄지원 교수는 “본 연구는 해외 임상유전학자들과 협업해 슬릿트랙2 유전자에 문제가 생겨서 X 염색체 연관 지적장애를 유발할 수 있다는 핵심적 증거를 제시한 최초의 논문”이라고 설명했다. 고재원 교수는 “슬릿트랙2-트랙B 복합체가 관련 뇌발달질환의 중요한 바이오마커가 될 수 있음을 시사하며, 현재 관련 후속 연구를 진행하고 있다”고 말했다.

이번 연구에는 DGIST 뇌과학과 한경아 연구교수, 김동욱 석박사통합과정생, 장규빈 석사과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 국제 전문학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난 15일자로 온라인 게재됐다.