우울증 조절 유전자 기능 밝혀졌다!
한양대 손현 교수팀, 연구결과 PNAS 게재


마음의 감기 ‘우울증’. 우울증은 현대인의 대표적인 질병으로, 국내에서만 130만 명 정도 앓고 있다고 알려져 있는데요, 실제 가벼운 우울증은 정신 질환이 아니라는 정부 발표가 나올 정도로 흔한 질병으로 여기고 있습니다.

이러한 우울증은 연령과 성별의 차이 없이 널리 퍼져있는 정신병으로, 만성 질환으로 진행될 수 있습니다. 지금까지 뇌의 해마*에 있는 신경세포의 기능과 구조가 위축되면 우울증이 생기는 것으로 알려져 왔으나 이러한 현상이 어떻게 우울증과 관련되는지, 우울증 치료제는 어떻게 약효를 나타내는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없었습니다.

   * 해마 : 대뇌 겉질 밑에 존재하며 학습과 기억에 관여

하지만 최근 ‘21세기프론티어 뇌프론티사업단의 한양대학교 손현(49) 교수팀이 '뉴리틴 (neuritin)'이라는 유전자가 우울증에 관여함을 밝혀낸 것으로 전해졌습니다!

손현 교수팀은 흰쥐의 우울증 모델을 대상으로 지난 4년간 행동 유형을 비롯한 분자기전을 연구한 결과 뇌의 해마 신경세포에서 ‘뉴리틴’이라는 유전자가 우울증에 관여한다는 사실을 밝혀냈습니다.


그림 1. 만성스트레스 (CUS)에 의해서 해마영역의 뉴리틴 유전자 발현 감소
사진은 만성스트레스를 경험하여 우울증이 유발된 흰쥐 대뇌에서 뉴리틴 유전자의 발현을 관찰한 결과이다. 스트레스를 받지 않은 흰쥐의 뇌와 비교하였을때 스트레스를 받으면 해마의 치상 (화살표)에서 뉴리틴 발현 이 감소하나 만성 스트레스를 받는 흰쥐에게 같은 기간동안 우울증 치료제인 fluoxetine (prozac)을 투여하면 다시 뉴리틴 발현이 정상과 비슷하게 회복된다.

우선 연구팀은 뉴리틴이 신경돌기(neurite)*의 성장을 촉진시키는 기능이 있다는 사실에 착안하여 뉴리틴이 부족하면 우울증이 유발되고, 많이 만들어지면 우울증이 완화된다는 가설을 세우고 연구에 착수했습니다.

   * 신경돌기 : 신경세포에서 자극을 수용하고, 자극을 전하는 돌기

연구팀이 흰쥐에 만성 스트레스로 우울증을 유발시킨 후 해부학적으로 검사한 결과! 뉴리틴 유전자가 감소한 것을 확인하였으며, 우울증이 유발된 흰쥐에 우울증 치료제인 fluoxetine을 투여한 후 뉴리틴 발현이 정상과 비슷하게 회복됨을 밝혀냈습니다.


그림 2. 뉴리틴을 과발현하는 신경세포의 분화
사진은 해마 신경세포에 뉴리틴 (AAV-Nrn)을 인위적으로 많이 발현하도록 조절하면 신경돌기의 발달이 증가함을 볼 수 있다.

또한 유전자 발현기술을 이용하여 흰쥐의 해마에서 뉴리틴 발현을 증가시킨 결과 신경돌기의 발달과 시냅스* 돌기 밀도가 증가하면서 우울증이 완화되는 것을 행동검사를 통해 확인하였습니다.

   * 신경세포에서 다른 신경세포로 신호를 전달하는 연결지점

이러한 연구결과는 뉴리틴이 우울증 치료 효과를 나타내는데 중요한 단백질임을 과학적으로 규명한 것으로 신경기능과 정신질환 연구 분야에서 주목받을 성과로 평가받고 있는데요, 이에 대해 손현 교수는 “신경세포의 활성도에 의해 발현이 증가하는 뉴리틴이 우울증에 관여하고 있음을 밝혀 신경활성도와 우울증이 연계되어 있다는 새로운 연결고리를 찾아냈다는 점에서 의미가 크다.”고 연구의 의의를 밝혔습니다.



그림 3. 뉴리틴 과발현에 의한 우울증 행동 완화
좌측은 우울증을 검사하는 행동검사중 강제 수영검사 (좌)와 무쾌감증을 검사하는 설탕물 선호도 검사 (우)를 나타내는 사진이다.  강제 수영 검사에서 움직임이 없는 immobility 시간이 길수록, 설탕물 선호도가 낮을 수로 흰쥐의 우울증이 심하다고 볼 수 있다.


한편, 이번 연구결과는 세계 최고 권위의 과학학술지인 ‘미국국립과학원회보(PNAS*)' 6월호에 게재됐습니다.

용어설명

1. 우울증
우울증은 연령과 성별의 차이 없이 모든 개체에게 영향을 미치는 정신병 중 가장 일반적이고 널리 퍼져 있는 병의 하나이다. 우울증은 유병률이 약 17%에 달하는, 모든 의학적 장애 중에서도 가장 무력한 장애 중 하나이다. 우울증은 종종 초년에 나타나, 만성 질환으로 진행될 수 있으며, 관상혈관 질환, 당뇨병 및 골다공증과 같은 다른 내과적 질환의 예후에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

우울 장애는 다음과 같은 3가지 종류의 주요 화합물로 치료하는 것이 가장 일반적이다: 1) 모노아민 산화효소 억제제; 2)복소환식 항우울제; 및 3) 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRI). 하지만, 현재 처방되는 항우울제는 수많은 부작용과 재발의 측면을 나타낸다. 그 외, 우울증, 스트레스 및 그와 동반된 정신병리를 진단하고 그 진행도를 측정하며 치료 반응을 평가할 수 있는 효율적 생물학적 표지자가 없으며 동물 모델을 이용하여 도출된 뇌기능 항진 및 치료 후보물질에 대한 정보도 없는 실정이다. 따라서, 보다 치료효과가 높은 우울증 치료제의 개발은 매우 중요한 기술분야이다.
2. 신경위축 (Neuronal atrophy)
신경위축이란 신경세포의 구조가 정상세포에 비해 작아지거나 발달이 늦어져 정상세포와 비교하였을때 구조 및 기능이 낮아진 상태로서 신경위축이 심하면 신경세포가 사멸할 수도 있다. 이러한 신경위축을 동반하는 대표적인 질환으로는 노화, 뇌졸중, 우울증, 알쯔하이머병 등이 있다.
3. 신경 돌기
신경 세포체에서 뻗어 나온 돌기로서, 신경 섬유라고도 한다. 신경돌기에는 두 가지 종류가 있는데, 수상돌기는 짧고 뉴런에서 자극을 받아들이는 역할을 하고, 축색돌기는 자극을 다른 뉴런이나 반응기로 전달한다. 신경세포의 기능을 수행하는 부분이므로 이 신경돌기를 발달시키는 약물이나 단백질은 신경세포의 기능을 증진시키는 역할을 한다.
4. 시냅스
시냅스란 한 뉴런에서 다른 세포로 신호를 전달하는 연결 지점으로서 뉴런이 작동하는데 있어 중요한 역할을 한다. 뉴런이 신호를 각각의 표적 세포로 전달하는 역할을 한다면, 시냅스는 뉴런이 그러한 역할을 할 수 있도록 하는 도구이다.
5. 시냅스 돌기
시냅스를 형성하기 위해 돌출된 신경돌기의 아주 미세한 부분으로서, 신호 전달에 매우 중요한 위치.

 

출처 : 교육과학기술부 보도자료(http://mest.korea.kr/gonews/branch.do?act=detailView&dataId=155835937&sectionId=b_sec_2&type=news&currPage=3&flComment=1&flReply=0)

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

뇌를 통해 또 다른 인간을 보다, '호문쿨루스'


요즘 당신의 '뇌 구조'는 어떤가요?
  얼마 전 인터넷에는 ‘뇌 구조 테스트’라는 제목의 프로그램이 유행한 적이 있었습니다. 이름, 성별, 나이, 혈액형 등을 입력하면 요즘 나의 머릿속이 어떤 생각들로 채워져 있는지 보여주는 프로그램인데요, 물론 그 결과가 자신의 생각과 완전히 일치하지는 않지만, 이처럼 대중적으로 인기를 얻으며 널리 유행하는 것을 보니 사람들이 뇌구조를 통해서 현재의 관심사를 표현하고 싶어 하는 것은 아닌가 하는 생각이 들었습니다.

뇌구조 테스트


그런데 여러분, 실제로 ‘뇌 구조 테스트’와 비슷한 원리를 우리 몸이 사용하고 있다는 사실, 알고 계셨나요?
컴퓨터 프로그램이 만든 의도적인 지도와 달리, 우리 몸에는 ‘생물학적 지도’가 있답니다. 바로 호문쿨루스(Homunculus)라는 개념입니다.

뇌의 또 다른 지도, ‘호문쿨루스’
  호문쿨루스는 라틴어로 ‘작은 사람’을 뜻하며, 중세시대에는 ‘요정’을 뜻하는 단어였습니다. 1940~50년대 캐나다의 뛰어난 신경외과 의사였던 와일드 펜필드(Wilder Penfield)는 살아있는 사람의 뇌를 연구하여 호문쿨루스의 과학적 이론이 되는 결과를 발견하였습니다. 바로 인간의 대뇌와 신체 각 부위 간의 연관성을 밝힌 지도를 알아낸 것이지요. 즉 대뇌 피질이 위치별로 받아들이는 신체감각이 다른데, 이를 연구하여 나타낸 지도가 ‘호문쿨루스’입니다.

@adrigu / http://www.flickr.com/photos/97793800@N00/3824405866/in/photostream/


  대뇌의 피질에는 고통을 느끼는 통각 수용기가 없어, 와일드 펜필드는 국소마취를 통해 머리를 열어 뇌를 관찰할 수 있었습니다. 대뇌 피질에는 많은 신경세포가 분포하며, 기능적으로 주로 감각을 인지하는 감각영역과 운동영역, 이 두 영역을 연결해주는 연합영역이 있는데요, 호문쿨루스는 이들 감각영역(감각피질)과 운동영역(운동피질)에서 신체의 각 부위의 기능을 담당하는 범위가 어느 정도의 비율을 차지하고 있는를 나타낸 것입니다.

@adrigu / http://www.flickr.com/photos/97793800@N00/3824405836/


펜필드는 대뇌 피질에 침을 꽂고 전기적인 자극을 주었습니다. 그리고 그 결과, 운동 피질은 손가락과 입, 입술, 혀, 눈을 담당하는 부분의 피질이 넓고, 감각 피질은 손과 혀 등을 담당하는 피질이 넓은 것을 확인했습니다. 이 대뇌 피질의 비율을 참고로 하여 인체의 모습을 입체적으로 구성하였는데, 이를 ‘펜필드의 호문쿨루스’라고 부릅니다. 각 신체부위를 담당(지배)하는 뇌 부위의 크기에 따라 그려낸 모형이기 때문에 원래의 인간 모습과는 굉장히 다릅니다.

그리고 이러한 호문쿨루스 모형은 크게 감각 모형과 운동 모형 두 가지가 있습니다. 이 둘을 비교해보면 운동 모형에서는 손 부위의 크기가 감각 모형에 비해 휠씬 더 크게 표현되어 있음을 알 수 있는데요, 이는 운동 피질은 손에 관여하는 부분이 큰 부분을 차지하고 있는 것을 나타냅니다. 역으로 본다면, 손에는 운동신경 정보와 감각신경 정보를 전달하는 신경세포가 다른 기관에 비해 더 많이 분포되어 있다고 볼 수 있습니다.

@7mike5000 / http://www.flickr.com/photos/43997732@N08/4274957294/

  호문쿨루스는 자극에 따라 바뀌는 것으로 알려져 있습니다. 세계적인 뇌 과학 권위자 라마찬드란 박사는 『라마찬드란 박사의 두뇌실험실』에서 ‘환상사지’라는 희귀병을 가진 사람들을 소개했습니다. 이 사람들은 사고로 팔, 다리를 잃은 후에도 팔과 다리의 감각을 계속 갖고 있는 사람들입니다. 호문쿨루스의 관점에서, 감각과 연결된 대뇌 피질이 사고 후에도 존재하므로 계속 활성화되어 감각이 사라지지 않는 것입니다. 그러나 사지 절단으로 인해 사용하지 않게 되는 뇌의 부위는 다른 피질 영역에 동화되기 시작합니다. 따라서 시간이 지나면 코, 입에 자극이 주어질 경우 남아있는 팔의 감각을 느낄 수도 있게 됩니다.

  실제로 다른 연구에서는, 음악가들의 뇌를 관찰했을 때 각 피질 영역의 차이가 발견되었습니다. 기타리스트들은 손가락에, 트롬본 연주자들은 입술에 더 많은 뉴런이 있었습니다. 또한 지휘자들은 청각에 대해 특수하게 발달되어 있었죠. 이처럼 뇌 안의 '호문쿨루스(Homunculus)'는 삶으로부터 받는 자극에 의해 변형될 수 있습니다. 이 호문쿨루스는 ‘신체 운동 뇌도’, ‘신체 감각 뇌도’ 등으로 불리며 심리학에서도 중요한 위치를 차지하고 있습니다.

호문쿨루스를 통한 뇌 자극법, ‘피포페인팅’을 아시나요?

빈센트 반 고흐 - 아를의 밤의 카페


흔히 손을 많이 사용하면 머리가 좋아진다고 하는데 이 또한 호문쿨루스를 바탕으로 한 것입니다. 그래서 퍼즐이나 종이접기, 뜨개질 등을 자주하면 뇌 발달에 좋다고 하는데요, 최근에는 호문쿨루스를 응용한 ‘피포페인팅’이 인기를 끌고 있습니다.

‘피포페인팅’이란 명화를 따라 그리거나 색칠하는 일로, 뇌의 다양한 부분을 자극시키는 효과가 있습니다. 피포페인팅을 하게 되면 원작을 보면서 후두엽이 자극되고, 이를 인지하고 기억하는 작용을 통해 측두엽이 자극됩니다. 그리고 붓을 들고 손을 움직이면서 전두엽이 자극되는 등 뇌의 모든 공간을 활용할 수 있는 것이죠. 이는 아이들의 두뇌 개발을 촉진하고 정서불안에도 도움을 준다고 합니다.

우리에게는 아직 생소한 개념인 ‘호문쿨루스’. 자, 이제 ‘호문쿨루스’에 대해 알았으니 이 생물학적 지도를 이용해 뇌를 더 효과적으로, 건강하게 관리해보는 것은 어떨까요?





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굿가이(Goodguy)

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영화에서만 보던 좀비, 실제로 가능할까? (2)

지난번 미국 코미디 소설 작가인 데이비드 윙이 전한 '좀비 만드는 5가지 방법'을 토대로 좀비 바이러스가 어떻게 만들어지는지에 대해 알아보았습니다.(http://nstckorea.tistory.com/318)
지난 시간에는 5가지 방법 중 2가지를 소개해드렸는데요, 오늘은 남은 3가지 방법을 소개해 드릴까 합니다. ^^
물론, 지난 시간에도 언급했지만, 좀비 바이러스는 존재하기도 만들기도 매우 힘듭니다. 이론적으로는 가능할 수도 있다고 하지만, 실제로는 존재하지 않는다는 것이죠.  

 

3. 신경 독소와 환각제 넣은 좀비 묘약 

출처:http://www.flickr.com/photos/otakumunidad/439895068


이 부분에 대해서는 바로 뇌를 분석해보면 되는데요. 뇌에 산소가 부족해 손상을 입었을 경우 자기생각이나 의지가 없이 행동할 수 있다고 합니다. 뇌 전체나 일부분의 기능이 떨어지면 의식 수준이 나빠지며, 생각이나 행동을 조종하기 어렵다고 합니다. 그리고 뇌에서 어떤 부위가 손상됐는지에 따라 다양한 행동 양식의 변화가 있을 수도 있습니다. 예를 들어 전두엽이 손상되면 충동적으로 변하거나 자발성이 없어지고, 양쪽 측두엽이 손상되면 식욕과 성적충동을 자제하지 못할 수 있다고 합니다.

결국 신경 독소와 환각 성분으로 좀비를 만드는 방법은 과학적으로 가능할 수 있다는 이야기죠. 하지만 영화 속 좀비처럼 죽었던 시체가 살아 돌아오는 것이 아니며 다른 사람을 공격하거나 잡아먹지도 않는다는 것입니다.
 

4. 광견병 바이러스로 대변되는 분노 바이러스 

영화 ‘28일 후’에서는 ‘분노바이러스’라는 것이 나옵니다. 흔히 분노바이러스를 광견병 바이러스에 비교하는데요. 좀비가 사람을 물면 분노바이러스가 옮겨져 물린 사람도 좀비가 되는데, 광견병 개에게 물리면 사람도 광견병에 감염되는 것과 같은 맥락에서 해석한 것이라고 보면 됩니다.

출처:@chefjancris / http://www.flickr.com/photos/chefjancris/1282325273/


광견병 바이러스에 감염된 개나 사람은 물을 무서워하기 때문에 공수병으로도 부르는데요.이 바이러스가 중추신경계를 침범하면 음식을 삼키는 근육에 통증성 경련이 일어나 물을 삼키기가 어려워지기 때문입니다.

광견병 바이러스다른 개체에 전염되기 위해 개의 뇌 안에서 겁 없고 공격적으로 날뛰도록 개를 조종한다고 합니다. 주변이 시끄럽거나 빛이 밝게 비치면 더욱 난폭해지는 특징이 있다고 합니다. 광견병에 걸린 개는 다른 개나 사람에게 덤벼들어 물게 되고, 침에 머물러 있던 광견병 바이러스가 다른 동물에게 전염되는 것이죠.

전염이 되면, 시간이 흐르면서 온몸에 경련이 생기고 혼수상태에 빠져 결국 죽게 됩니다. 그러나 광견병에 걸린 사람은 개처럼 다른 동물이나 사람을 물려고 하지는 않습니다. 대표적으로 물린 상처를 중심으로 근육이 마비되고 점점 전신이 마비되면서 죽어가는 것이 특징입니다. 주로 손상된 피부나 점막을 통해서 전염되지만 간혹 공기전염도 보고되고 있다고 하니 바이러스는 적응과 진화를 통해서 수시로 번식방법을 바꾸는 것 같습니다.

광견병은 다른 개체에게 전염이 된다는 점과, 감염되면 하루아침에 비정상적인 행동을 보이게끔 조종한다는 점에서 영화 속 좀비와 비슷한 특징이 있습니다. 만약 광견병 바이러스와 비슷한 신종 바이러스가 나타나 사람도 난폭한 성질을 갖도록 만들고, 사람이 사람을 무는 방식으로 전염된다면 이것을 분노바이러스라고 볼 수 있겠죠?


5. 뇌에 ‘나노봇’ 이식해 생각을 조종 

출처:@GreenFlames09 / http://www.flickr.com/photos/greenflames09/100781977


예전 과학전문지 ‘뉴사이언티스트’ 미니브레인 칩이라는 연구 결과가 발표 되었다고 합니다. 연구자들 사이에서 일명 ‘좀비 뇌’ 불린 유명한 연구인데요. 독일 막스플랑크 생화학연구소의 신경물리학자 페테르 프롬헤르츠 박사와 미국 캘리포니아 어바인에 있는 바이오테크 회사 ‘텐소바이오사이언스’의 미로 패스트낙 박사가 개발했다고 하네요. 알츠하이머성 치매나 정신분열 같은 뇌질환을 연구하고 치료법을 개발할 목적으로 뇌를 조종할 수 있는 작은 칩을 만든 것이 바로 연구의 목적이었다고 합니다.

미니브레인 칩의 표면에는 64개 전극이 배열돼 있어 이 위에 살아 있는 뇌 조직을 올려놓으면 전기적인 활동을 관찰할 수 있다고 합니다. 뇌의 전기신호를 측정하는 뇌파 전위 기록 장치를 초소형으로 만들었다고 생각하면 이해하기 쉽습니다. 이 칩을 이용하면 뇌 조직을 계속 살아 있는 상태로 유지하면서, 새로 개발한 뇌 질환 치료제가 얼마나 효과가 있는지 관찰할 수 있다고 합니다. 이 칩은 뇌 조직만 ‘좀비’ 상태로 만드는 것이 되겠네요.
 
어느 영화에서는 악당 과학자가 사람의 생각과 의지를 조종해 좀비를 만든다고 나오지만, 실제로는 많은 과학자들이 난치병을 치료하고 인류의 생활을 편하게 하는 목적으로 뇌를 조종하는 방법을 연구하고 있는 것입니다.
 
지금까지 좀비에 대해 살펴보았는데요. 영화나 소설에서 등장하는 좀비를 실제로 만들 수는 없지만, 그렇다고 허무맹랑한 이야기로만 들리지는 않네요. 과학이 발전할수록 좀비를 만들 수 있는 방법도 진화하고 있음을 알 수 있었습니다. 영화 속에 등장하는 좀비라는 존재는 빠르게 발전하는 과학에 대한 작가들의 두려움이 표출되는 것은 아닌지 생각하게 하는 내용이었습니다.


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