UNIST 생명과학과 김재익 교수팀이 한국뇌연구원과 공동연구를 통해 도파민 신경세포에서 신호전달 핵심 요소인 PLCγ1 단백질이 도파민 분비를 조절한다는 연구결과를 발표했다.

도파민은 중추신경계에 존재하는 신경전달물질로 수의운동, 동기 부여 및 감정 조절 등과 관련된 다양한 기능을 수행한다.

적당한 도파민의 분비는 행복감과 보상감과 같이 긍정적인 효과를 유발한다. 하지만 분비에 문제가 생기면 우울감, 불안감, 과잉행동, 운동능력 저하 등의 다양한 뇌기능 이상이 나타날 수 있다.

도파민은 주로 중뇌에 있는 도파민 신경세포에서 합성된다. 합성된 도파민은 뉴런의 신경섬유 말단이 분포해있는 선조체 및 측좌핵으로 분비된다.

선조체는 자발적 움직임에 중요한 역할을 하며 측좌핵은 동기 및 보상에 관한 정보를 처리하는 뇌의 한 부분이다.

합성된 도파민은 분비되기 위해 신경전달물질을 보관하는 ‘시냅스 소포’로 이동한다. 이렇게 축적된 도파민은 방출 가능한 시냅스를 찾는다.

이 과정에서 시냅스 소포로 도파민을 수송하는 소포성 모노아민 운반수송체(VMAT2)와 방출 가능한 시냅스로 소포를 이동시키는 시냅신Ⅲ(synapsinⅢ)가 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 도파민 신경세포에서 PLCγ1 유전자를 불완전하게 만든 쥐 모델의 뇌 영역 선조체와 측좌핵에서 도파민 분비가 증가한 것을 발견했다.

도파민 신경섬유 말단에서 VMAT2와 시냅신Ⅲ의 양이 증가했고, 이런 변화가 도파민 분비 증가에 결정적인 역할을 한다는 것을 밝혔다. 즉, 이번 연구를 통해 PLCγ1 단백질이 도파민 분비를 직접 조절한다는 사실이 처음 밝혀진 것이다. 

김재익 교수는 “이전까지는 실험 방법의 한계로 도파민 신경세포 내 신호전달 메커니즘의 규명에 어려움이 있었다”며 “생체 내 실시간 도파민 측정 및 고해상도 시냅스 이미징 방법의 개선으로 도파민 신경세포 특이적인 PLCγ1의 역할을 새롭게 규명할 수 있었다”고 설명했다.

김혜윤 연구원은 “도파민 분비 조절에 관여하는 PLCγ1 매개 신호전달 방법을 규명해 도파민 관련 뇌질환들의 치료법 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다.

과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구, 기초연구실 지원사업, 그리고 뇌기능규명조절기술개발사업의 지원을 받아 진행한 이번 연구결과는 생명과학분야 국제학술지 ‘Experimental & Molecular Medicine (EMM)’에 게재됐다.