과학자들이 뇌 비대칭을 일으키는 핵심 단백질 발견

새로운 연구 덕분에 뇌의 독특한 좌우 차이의 근간이 되는 유전적 메커니즘이 이제 더 잘 이해되었으며, 비정상적인 뇌 비대칭과 관련된 인간의 장애를 더 잘 이해할 수 있는 길이 열렸습니다.

UCL, 웰컴 생어 연구소, 옥스퍼드 대학교를 비롯한 공동 연구진은 Cachd1이라는 단백질이 뇌 양쪽의 서로 다른 신경 구조와 기능을 형성하는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했습니다. 이 연구는 Science 저널 에 게재되었습니다.

연구진은 제브라피시를 대상으로 유전자 실험을 수행하여 Cachd1 유전자에 돌연변이가 생기면 뇌의 오른쪽 반구가 정상적인 비대칭 발달을 잃고 왼쪽 반구의 거울상이 된다는 사실을 발견했습니다. 이 질환은 비정상적인 신경 연결을 유발하여 뇌 기능에 영향을 미칩니다.

이번 발견은 인간을 포함한 여러 동물 종에서 관찰되는 현상인 뇌 비대칭의 근본 원인인 유전적 메커니즘을 밝혀냅니다. 이러한 과정을 이해하면 조현병, 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애와 같이 뇌 비대칭이 손상된 인간의 질병을 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.

인간 뇌의 좌반구와 우반구는 거울상 해부학적 구조에도 불구하고, 신경 연결과 언어와 같은 인지 과정에 영향을 미치는 기능적 차이를 가지고 있습니다. 이러한 좌우 신경 회로의 차이가 어떻게 발생하는지는 아직 잘 알려져 있지 않습니다.

투명한 배아로 인해 뇌 발달을 연구하는 데 잘 알려진 모델 생물인 다니오를 이용해 연구진은 Cachd1이 뇌 비대칭에 어떻게 영향을 미치는지 연구하기 시작했습니다.

연구팀은 Cachd1에 돌연변이가 생기면 뇌의 하베눌라(habenula) 영역이 정상적인 좌우 구분을 잃는다는 것을 발견했습니다. 오른쪽 뉴런이 왼쪽 뉴런과 유사해지면서 하베눌라의 신경 연결이 손상되고 기능에 영향을 미칠 수 있습니다.

모르폴리노를 이용한 cachd1 녹다운은 좌우 대칭을 나타낸다. (AB) 비대칭 등쪽 하베눌라 마커 kctd12.1에 대한 안티센스 리보프로브를 이용한 전배지(whole-mount) 교잡 후, 주입하지 않은 야생형과 cachd1 모르폴리노를 주입한 유충의 수정 4일 후 등쪽 모습. (C) cachd1 전사체의 반정량적 RT-PCR. 출처: Science (2024). DOI: 10.1126/science.ade6970

단백질 결합 실험은 Cachd1이 Wnt 신호 전달 경로를 통해 세포 간 통신을 가능하게 하는 두 개의 수용체에 결합한다는 것을 보여주었습니다. Wnt 신호 전달 경로는 가장 많이 연구된 세포 간 통신 경로 중 하나로, 초기 발달, 줄기 세포 형성 및 많은 질병에 중요한 역할을 합니다.

더욱이, Cachd1의 효과는 뇌의 오른쪽에만 나타나는 것으로 보이며, 이는 좌측 뇌에서의 Cachd1 활성을 제한하는 알려지지 않은 억제 인자가 존재함을 시사합니다. 아직 자세한 내용은 밝혀지지 않았지만, 이 데이터는 Cachd1이 우측 뇌의 세포 간 통신을 조절함으로써 발달 중인 뇌의 좌우측을 구분하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 강력하게 시사합니다.

향후 연구에서는 Cachd1이 Wnt 경로와 관련된 다른 중요한 기능을 가지고 있는지 살펴볼 예정이다.

"이 프로젝트는 유전학, 생화학, 구조생물학이 함께 협력하여 학제간 접근 방식을 통해 많은 이점을 얻은 프로젝트였습니다. 이를 통해 뇌의 좌우 비대칭 형성에 대한 이해를 높이고 건강과 질병에 여러 역할을 하는 중요한 신호 전달 경로의 새로운 구성 요소를 식별할 수 있었습니다." 이 연구의 공동 저자이자 웰컴 샌거 연구소 박사 과정생 출신이며 현재 UCL 세포 및 발달생물학과 소속인 개러스 파웰 박사의 말입니다.

"여러 기관의 다양한 연구 관심사와 기술을 가진 재능 있는 많은 사람들이 함께 모여 이 고도로 협력적인 연구 결과를 발표하게 되어 매우 기쁩니다. 이 연구팀 덕분에 Wnt 신호 전달 경로와 뇌 비대칭 발달에 대한 흥미로운 새로운 발견을 할 수 있었습니다."라고 이 연구의 수석 저자이자 UCL 세포 및 발달생물학과 소속인 스티브 윌슨 교수는 말했습니다.