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사회적·비사회적 행동 관련 두 그룹의 뉴런 발견
생명과학 KISTI (2014-09-16 09:29)
자폐증(autism)이 있는 사람은 사회적 상호작용의 빈도는 줄고 반복적이고 은둔자적 행위는 증가하는 경향을 보인다. 또한, 자폐증은 편도체(amygdala)의 기능 이상과 관련이 있는데, 편도체는 감정을 처리하는 뇌 구조물이다. 그런데, 사회적 행위 또는 반사회적이고 반복적인 자기 털 손질을 할지 여부를 조절하는 길항적인 신경 집단들이 생쥐의 편도체에서 칼텍(Caltech) 연구자들에 의해 발견되었다. 이번 발견은 자폐증의 원인이 되는 신경 회로의 기능 이상에 대한 이해를 증진시킬 수 있다. “시소 회로(seesaw circuit)”와 유사한 이번 발견은 학술지 Cell 의 인터넷 판에 9월11일 실렸다.

어떤 계층성 행위들이 존재하고, 이들이 서로 상호작용한다는 것을 우리는 알고 있는데, 이는 동물이 사회적, 비사회적 행위를 동시에 보일 수는 없기 때문이다. 이번 연구 목적은 뇌에서 그런 선택을 어떻게 이루어지는지를 밝히는 것이었다고 한다. 앤더슨(Anderson) 팀은 편도체에서 서로 섞여있지만 구별되는 두 가지 신경 집단을 발견했는데, 편도체는 선천적인 사회적 행위에 관련되는 뇌 영역이다. 한 신경 집단은 짝짓기, 전투, 사회적 털 손질과 같은 사회적 행위를 촉진하고, 나머지 다른 집단은 반복적인 자기 털 고르기 즉, 비사회적 행위를 제어한다. 그리고, 흥미롭게도 이들 두 집단은 뇌에 있어 신경 아형(neuron subtypes)에 대한 가장 기본적인 분류에 따라 구분된다. 즉, 사회적 뉴런은 억제성 뉴런(GABA를 유리)이고, 나머지 자기 털 손질 뉴런은 흥분성 뉴런(글루타민산을 유리)이다.

이들 두 유형 간의 관계를 연구하는 데에, 광유전학(optogenetics)이라고 하는 기술이 이용되었다. 이 기술에서, 뉴런은 유전적으로 변형되어 광 감수성 단백질을 발현시킨다. 뇌에 삽입된 미세 섬유 광 케이블을 통해서, 이 변형된 뉴런에 빛을 비춤으로써, 신경세포는 물론 그 세포와 관련된 행위까지 제어될 수 있다. 이 기술로 사회적 행위와 관련된 뉴런과 비사회적 행위와 관련된 뉴런을 선택적으로 활성화(switch on)시킬 수 있었다.

사회적 뉴런으로 도출된 행위는 광 신호의 강도에 의존했다. 즉, 광 강도가 높으면, 침입자 생쥐에 공격적이었고, 강도가 낮으면, 침입자와 사회적으로 연루된 상태이더라도(짝짓기 시도나 사회적 털 고르기에 대한 시도에도), 더 이상 공격하지 않았다. 비사회적 행위와 관련된 뉴런이 켜지면, 생쥐는 발 눕히기와 얼굴 털 손질과 같은 자기 손질 행위를 시작하는 반면, 모든 침입자에 대해 철저히 무관심했다. 그리고 빛이 꺼진 후에도 그 자기 손질 행위는 반복적으로 수분간 지속되었다. 이 연구팀은 또한 그 변형된 광 활성화 뉴런(light-activated neurons)을 이용하여 생쥐가 특정 행위를 하는 것을 중단시킬 수 있었다. 예를 들어, 혼자된 생쥐는 자발적으로 자기 털 손질을 시작하였고, 사회적 뉴런의 광유전체적 활성화를 통해 그 행위를 중지시킬 수 있었다. 빛이 꺼지고 그 활성화가 중단되면, 생쥐는 자기 손질 행위로 되돌아 갔다.

놀랍게도, 이 두 그룹의 뉴런은 각자 다른 그룹의 기능에 간섭하는 것으로 나타났다. 즉, 사회적 뉴런의 활성화는 자기 털 손실 행위를 억제하고, 자기 털 손질 행위 뉴런의 활성화는 사회적 행위를 억제했다. 그래서, 이들 두 그룹의 뉴런은 시소-생쥐가 다른 생쥐와 상호작용하거나 아니면 자신에 집중할 지 여부를 제어하는-처럼 작동하는 것으로 보였다. 이 두 그룹의 뉴런이 흥분성 또는 억제성 여부로 구별되는 것은 전혀 뜻밖이었다고 한다. 이 연구팀에 따르면, 이 시소 회로는 자폐증과 같은 행위 장애와 어느 정도 관련이 있을 수 있다. 자폐증에서 사회적 행위는 감소하고, 반복적이고, 때로는 비사회적이거나 자기 중심적 행위 즉, 보속증(perseveration)으로 알려진 현상이 증가하기도 한다. 특정 세트의 뉴런에 대한 자극으로 사회적 행위는 억제되고 보속적, 지속적 행위가 촉진되는 것이다.

다른 팀의 연구에서 생쥐에서 자폐증 관련 유전자의 파괴로 사회적 행위가 감소되고 반복적인 자기 손질 행위가 증가되는 비슷한 결과들이 얻어졌다. 현재의 연구는 유전자 활성, 뇌 활성 그리고 사회적 행위 간에 요구되는 관련성 제시에 도움이 되기는 하지만, 이 회로도(circuitry)가 완전히 이해되지 않으면, 돌연변이가 어떻게 그 행위에 영향을 미치는지를 결코 이해할 수 없을 것이라고 한다. 미래의 치료법 개발을 위해서는 회로도에 대한 완전한 이해가 필수적이라는 것이다. 그러면, 이 개념이 사람의 행위의 변화에 실제로 이용될 수 있을 것인가? 아직은 먼 이야기다. 하지만, 정확한 바로 그 뉴런 집단이 발견된다면, 그 회로도의 활성을 변화시킴으로써, 즉, 시소의 균형이 다른 방향으로 치우치도록 함으로써, 자폐증과 같은 행동 장애의 유전적 요소를 무효화시키는 것은 가능할 수도 있다고 한다.

출처 : http://www.caltech.edu/content/tipping-balance-behavior
정보제공 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
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