과학자들은 뇌 비대칭을 담당하는 핵심 단백질을 발견했습니다.

뇌의 독특한 좌우 차이를 뒷받침하는 유전적 메커니즘은 이제 새로운 연구를 통해 더 잘 이해되고 있으며, 이는 뇌 비대칭과 관련된 인간 장애를 더 잘 이해할 수 있는 길을 열어줍니다.

UCL, Wellcome Sanger Institute, 옥스포드 대학의 연구자 및 기타 공동 연구자들은 Cachd1이라는 단백질이 뇌의 각 측면의 다양한 신경 구조와 기능을 확립하는 데 핵심적인 역할을 한다는 사실을 발견했습니다. 이 연구는 Science에 게재되었습니다.

제브라피시에 대한 유전자 실험을 통해 연구자들은 Cachd1 돌연변이가 발생하면 뇌의 오른쪽이 정상적인 비대칭 발달을 잃고 왼쪽의 거울상이 된다는 사실을 발견했습니다. 이 장애는 뇌 기능에 영향을 미치는 비정상적인 신경 연결을 유발합니다.

이 발견은 인간을 포함한 많은 동물 종에서 관찰되는 현상인 뇌 비대칭의 기초가 되는 유전적 메커니즘을 밝혀줍니다. 이러한 과정을 이해하면 정신분열증, 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애 등 뇌 비대칭이 붕괴되는 인간 장애를 더 잘 이해할 수 있습니다.

거울 해부학에도 불구하고 인간 두뇌의 왼쪽 반구와 오른쪽 반구에는 신경 연결과 언어와 같은 인지 과정에 영향을 미치는 기능적 차이가 있습니다. 신경 회로에서 이러한 좌우 차이가 어떻게 발생하는지에 대한 이해는 여전히 부족합니다.

투명한 배아 덕분에 뇌 발달 연구를 위한 잘 알려진 모델 유기체인 제브라피시를 사용하여 연구자들은 Cachd1이 뇌 비대칭에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 연구하기 시작했습니다.

팀은 Cachd1이 돌연변이되면 하베눌라(habenula)라고 불리는 뇌 영역이 정상적인 좌우 구별을 잃는다는 사실을 발견했습니다. 오른쪽의 뉴런은 왼쪽의 뉴런과 유사해지며, 하베눌라의 신경 연결을 방해하고 잠재적으로 그 기능에 영향을 미칩니다.

Morpholinos를 사용하여 cachd1을 녹다운하면 양측 대칭이 발생합니다. (A-B) 비대칭 등쪽 하베눌라 마커 kctd12.1에 대한 안티센스 리보프로브를 사용하여 전체 마운트 현장 혼성화 후 주입되지 않은 야생 유형 및 cachd1 모르폴리노 주입 유충의 수정 후 4일에서 등쪽 보기. (C) cachd1 전사체에 대한 반정량적 RT-PCR. 출처: 사이언스(2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

단백질 결합 실험에 따르면 Cachd1은 초기 발달, 줄기세포 형성 및 많은 질병에서 중요한 역할을 하는 가장 집중적으로 연구된 세포 통신 경로 중 하나인 Wnt 신호 전달 경로를 통해 세포가 통신할 수 있도록 하는 두 개의 수용체에 결합하는 것으로 나타났습니다.

또한 Cachd1의 영향은 뇌의 오른쪽에만 국한된 것으로 보이며, 이는 왼쪽 뇌의 활동을 제한하는 알려지지 않은 억제 요인이 존재함을 시사합니다. 자세한 내용은 아직 밝혀지지 않았지만 Cachd1이 특히 오른쪽에서 세포 통신을 조절하여 발달 중인 뇌의 왼쪽과 오른쪽을 구별하는 데 중요한 역할을 한다는 증거가 강력하게 제시됩니다.

향후 연구에서는 Cachd1이 Wnt 경로와 관련된 다른 중요한 기능을 가지고 있는지 조사할 것입니다.

“이것은 학제간 접근 방식을 통해 큰 이점을 얻은 매우 협력적인 프로젝트였습니다. 유전학, 생화학, 구조 생물학이 함께 모여 뇌의 좌우 비대칭의 확립을 더 잘 이해하고 뇌의 새로운 구성 요소를 식별했습니다. 건강과 질병에서 다양한 역할을 하는 중요한 신호 경로입니다.”라고 이번 연구의 공동 저자이자 Wellcome Sanger Institute의 박사 과정 학생이었으며 현재 UCL 세포 및 발생 생물학과의 회원인 Gareth Powell 박사는 말합니다.

“여러 기관에서 다양한 과학적 관심과 기술을 가진 재능 있는 많은 사람들이 한자리에 모인 고도로 협력적인 연구 결과가 발표된 것을 기쁘게 생각합니다. 이 팀을 통해 우리는 Wnt 신호 전달 경로와 뇌 비대칭의 발달 모두에서 흥미롭고 새로운 발견을 할 수 있었습니다.”라고 UCL 세포 및 발달 생물학과의 연구 수석 저자인 스티브 윌슨(Steve Wilson) 교수는 말합니다.