DGIST 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단이 뇌 속 신경세포 간의 정교한 신호전달과 기억 형성에 핵심적인 역할을 하는 단백질 '카스킨2'의 기능을 세계 최초로 규명했습니다.

이번 연구는 시냅스 기능 이상으로 발생하는 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애 등 다양한 뇌 질환의 원인 규명과 새로운 치료 전략 개발에 과학적 단서를 제공할 것으로 기대됩니다.

인간의 뇌는 수천억 개의 신경세포인 뉴런이 '시냅스'라 불리는 특수한 연결 구조를 통해 소통하며 정보를 처리하고 기억을 저장하는데, 이 과정에서 시냅스의 신호를 보내는 쪽과 신호를 받는 쪽이 나노미터 수준에서 정교하게 정렬되어야 정확한 신호전달이 가능합니다.

그러나 이러한 정렬이 어떤 분자적 메커니즘을 통해 조절되는지에 대해서는 명확히 알려지지 않았습니다.

이에 연구팀은 이번 연구를 통해 시냅스 전 말단에 위치한 '스킨2 단백질'이 흥분성 시냅스의 기능과 강도를 조절하는 핵심 인자임을 확인했습니다.

특히 구조가 매우 유사한 '카스킨1 단백질'은 이러한 기능을 수행하지 못하는 반면, 카스킨2는 신호전달 과정에서 고유하고 대체 불가능한 역할을 수행함을 밝혀냈습니다.

이번 연구의 핵심은 카스킨2 단백질이 신호를 보내는 신경세포에서만 작동하는 것이 아니라, 신호를 받는 세포의 기능까지 직접 조절한다는 사실을 밝혀낸 점입니다.

카스킨2는 시냅스 사이의 공간을 가로질러 두 세포 간 소통 전체를 조율하는 역할을 하는데, 연구진은 이 과정이 'PTPσ'(피티피시그마)라는 또 다른 단백질과의 상호작용을 통해 이루어진다는 점을 확인했습니다.

PTPσ가 카스킨2의 특정 부위를 탈인산화하면, 카스킨2가 시냅스 전 말단의 세포 골격 구조를 재배열해 신호를 안정적으로 보낼 수 있게 만들며, 이 결과, 신호를 받는 시냅스 후 말단의 신호 수용체 기능이 강화돼 신경세포 간 정보 전달이 원활해지는 것으로 밝혀졌습니다.

연구팀은 이러한 단백질 간 상호작용이 실제 학습과 기억 형성에도 직접적인 영향을 미친다는 점을 생쥐 모델 실험으로 입증했습니다.

고재원 교수는 "이번 연구를 통해 신호를 보내는 세포의 카스킨2가 'PTPσ' 단백질과 상호작용 해 신호를 받는 세포의 기능까지 조절하고, 나아가 이러한 작용이 기억 형성 과정에 어떻게 기여하는 지를 분자 수준에서 규명했다"라며 "이는 신경세포 간 소통이 어떻게 정밀하게 이루어지는지를 보여주는 중요한 단서로, 카스킨2-PTPσ 단백질을 표적으로 한 새로운 뇌 질환 치료제 개발의 과학적 기반이 될 것"이라고 밝혔습니다.

한편, 이번 연구 성과는 DGIST 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단 소속 장규빈 연구원이 공동 제1저자로, 충남대학교 의과대학 한경아 교수가 공동 제1 저자이자 공동 교신저자로 참여했으며, 국제 전 학술지 '미국국립과학원회보'에 2025년 11월 12일 자 온라인 게재됐습니다.

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 글로벌 리더 연구 사업, 중견연구자지원사업 및 세종과학펠로우십의 지원으로 수행됐습니다.