신경세포에서 나타나는 시냅스 항상성 가소성(Homeostatic synaptic plasticity)은 신경세포의 활성이 너무 강해지거나 약해지지 않도록 일정 수준으로 유지시켜주는 강력한 적응성 가소성의 한 형태입니다.

저희 연구실은 특히 시냅스 전 뉴런에서 관찰되는 항상성 가소성(Presynaptic homeostatic plasticity, PHP)에 대해서 집중적으로 연구를 진행하고 있으며, 이 형태의 항상성은 초파리의 신경근접합부(neuromuscular junction, NMJ), 포유류 및 인간의 NMJ, 그리고 포유류 뇌의 신경세포 등 다양한 종류의 시냅스에서 관찰되고 있습니다.

신경근육 시스템에서의 연구는 PHP와 신경 질환의 분자적 연관성을 일부 제시하였지만, 포유류 뇌 신경세포에서의 그 관계는 아직 전혀 연구되지 않았습니다. 그래서 저희 연구실은 최근 분비형 III 세마포린 단백질(Sema3a)이 다양한 시냅스에서 PHP에 필수적이며 통합적인 시냅스간의 신호임을 입증하였으며, 이를 증명하기 위해 전기생리학, 광생리학, 생화학, 3차원 전자 현미경기법 등의 실험을 수행하였습니다.

이번 연구로 밝혀낸 분자적 기전으로는 Sema3a 단백질이 시냅스 전 뉴런에 있는 PlexinA4와 Beta-Integrin의 신호 전달 복합체를 공수용체(co-receptor)로서 조절하여 신경전달물질을 분비하는 활성영역(active zone)을 확장시키고, 비 방출형 소포(synaptic vesicle) 풀(pool)에서 재순환 및 즉시 방출 가능한 소포 풀로의 소포 재분배를 촉진한다는 것을 확인하였습니다.

결과적으로 이번 연구는 시냅스 전 뉴런 말단에서 Sema3a 및 그 수용체 복합체의 활성화 및 신호전달이 PHP 발현에 매우 중요한 기전임을 규명하였습니다. 이렇게 다양한 종류의 시냅스에서 발현되는 공통된 PHP 기전의 광범위한 활용은 모델 생물을 통해 다양한 뇌 질환 및 질병 대한 신경 세포의 회복력을 증진시키는 치료 전략의 잠재력을 보여주고 있습니다.