신경과학에서 가장 까다로운 질문 중 하나는 신경신생(neurogenesis), 즉 '소년기에 뇌가 발달을 멈춘 후에도 새로운 뉴런을 만들 수 있는가'다. 이제 새로운 연구에서, "중년을 훨씬 넘은 사람들도 신선한 뇌세포를 만들 수 있으며, 선행연구에서 새로운 뇌세포를 발견하지 못한 것은 결함 있는 방법을 사용했기 때문"이라는 사실이 밝혀졌다.
"이번 연구는 신경신생이 평생 동안 지속된다는, 뚜렷하고 결정적인 증거를 제시했다"라고 캐나다 토론토 소재 어린이환자병원(Hospital for Sick Children)의 폴 프랭클랜드(신경과학)는 말했다. "내가 보기에, 이번 연구는 신경신생에 관한 논란을 잠재웠다."
연구자들은 오랫동안 '신경신생이 우울증이나 알츠하이머병과 같은 뇌질환을 치료하는 데 도움이 될 수 있을 텐데'라고 생각해 왔다. 그러나 작년에 《Nature》에 실린 논문에서는 "뇌신생 과정이 청소년기 이후에 점차 줄어든다"고 보고함으로써 (다양한 방법으로 노인들에게서 새로 태어난 뉴런을 발견했다던) 선행연구를 반박했다(참고 1). 그 논문은 (설치류의 해마에서 성체의 신경신생을 연구하는) 프랭클랜드와 같은 신경과학자들의 사기를 꺾었다. "그 논문은 우리 연구의 적절성에 의문을 제기했었다"라고 프랭클랜드는 말했다.
그러나 선행연구에는 몇 가지 문제가 있었다. 예컨대, 작년에 《Nature》에 실린 논문에서는 새로운 뉴런을 찾기 위해 59개의 인간 뇌조직을 들여다봤는데, 그중에는 (샘플을 종종 수개월, 심지어 수년 동안 파라포름알데히드라는 고정액 속에 담그는) 뇌은행에서 입수한 것도 있었다. "파라포름알데히드(paraformaldehyde)의 구성요소들은 시간 경과에 따라 결합(bond)을 형성하여, 세포들을 젤(gel) 상태로 만든다"라고 스페인 마드리드 소재 세베로 오초아 분자생물학센터(Severo Ochoa Molecular Biology Center)의 마리아 요렌스-마르틴(신경과학)은 말했다. "그렇게 되면 형광항체들이 더블코르틴(DCX: doublecortin)에 결합하기 어렵다." DCX는 많은 과학자들이 미숙한 뉴런의 시금석 표지로 간주하는 단백질이다.
요렌스-마르틴이 이끄는 연구팀은 3월 25일 《Nature Medicine》에 실린 논문에서(참고 2), "파라포름알데히드 액(液)에서, 뇌조직에서 DCX에 대해 양성반응을 보이는 세포들의 숫자는 48시간 이후 급속히 감소한다"고 보고했다. "6개월이 지난 후에는 새로운 뉴런을 탐지하는 것은 거의 불가능하다"라고 그녀는 덧붙였다.
연구팀은 이번 연구에서, 43~87세의 사망한 성인들에게서 공여받은 뇌조직을 보존하기 위해, 짧은 고정시간(fixation time) - 24시간을 사용했다. 그랬더니 치상회(dentate gyrus: 해마 속에 있는 둘둘 말린 조직단편으로, 사건에 관한 기록을 코딩한다) 속에서 수만 개의 DCX-양성 세포(DCX-positive cell)들이 발견되었다. 현미경으로 관찰한 결과, 그 뉴런들은 젊음의 전형적인 특징을 보유하고 있었다. 단순하고 덜 발달된 가지를 가진, 부드럽고 포동포동한 뉴런!
43세에 사망한 가장 젊은 공여자의 샘플에서, 연구팀은 1제곱밀리미터당 약 42,000개의 미성숙 뉴런을 발견했다. 외견상 새로운 뉴런의 수는 최저연령에서 최고연령으로 올라감에 따라 30% 감소한 것으로 나타났는데, 이 비율은 선행연구들이 제시한 '연령증가에 따른 신경신생 감소율'과 일치한다. 또한 연구팀에 따르면, "알츠하이머병 환자들은 같은 나이의 건강한 공여자에 비해 미성숙 뉴런이 30% 적었고, 치매가 진행될수록 미성숙뉴런의 수가 감소하는 것으로 나타났다"고 한다.
작년에 《Nature》에 논문을 발표한 저자들을 비롯하여, 일부 과학자들은 이번 연구결과에 회의감을 표시하고 있다."이번 연구에는 가치 있는 데이터가 포함되어 있지만, 우리는 '성인의 해마에서 새로운 뉴런이 계속 생겨난다'는 증거를 발견하지 못했다"라고 2018년 논문의 공저자인 피츠버그 대학교의 숀 소렐스(신경과학)는 말했다. 소렐스의 비판 중에는 DCX 염색을 문제 삼은 것이 있는데, 그에 따르면 DCX 단백질은 성숙한 세포에서도 발현된다고 한다. 다시 말해서, 연구팀이 발견한 '새로운 뉴런'은 사실 '소년기 이후 쭉 존재하고 있는 것'이라는 것이다. "또한 이번 연구에서는 (신선한 뉴런을 공급할 수 있는) 줄기세포 집단의 증거를 발견하지 못했다. 심지어 연구팀이 관찰한 뇌조직 샘플 중 두 개는 겨우 5시간 동안 고정되었지만, 해마 속에서 '젊은 뉴런'에 대한 증거가 발견되지 않았다"라고 소렐스는 말했다.
"우리는 다양한 '뉴런발달관련 단백질'들을 이용하여, DCX-양성 세포가 실제로 젊다는 것을 확인했다. 그러므로 젊은 뉴런을 확인하는 우리의 기준은 매우 엄격했다"라고 요렌스-마르틴은 반박했다.
메릴랜드 주 베데스다 소재 미 국립 정신건강연구소(National Institute of Mental Health)의 신경과학자 헤더 캐머런(신경과학)은 이번 연구를 충분히 납득한다. "이번 연구에 사용된 데이터의 아름다움에 기반하여, 우리가 '동물실험에서 알아낸 사항들이 인간에게 적용될 것'이라는 지식을 자신 있게 밀어붙일 수 있을 거라 생각된다. 이번 연구가 신경신생 논란을 잠재울 거라고 확신할 수는 없지만, 설득력이 매우 높다고 생각한다"라고 그는 말했다.
3월 25일자 《Nature》 사설에서는, 이번 연구결과가 알츠하이머병 치료의 새로운 경로를 제시할 수 있을 거라고 지적했다(참고 3).
※ 참고문헌
1. http://www.sciencemag.org/news/2018/03/study-questions-whether-adults-can-really-make-new-neurons (한글번역 http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=292038&SOURCE=6)
2. http://www.nature.com/articles/s41591-019-0375-9
3. https://www.nature.com/articles/d41586-019-00891-7
※ 출처: Science http://www.sciencemag.org/news/2019/03/new-neurons-life-old-people-can-still-make-fresh-brain-cells-study-finds
글쓴이_양병찬
서울대학교 경영학과와 동 대학원을 졸업한 후 기업에서 근무하다 진로를 바꿔 중앙대 학교에서 약학을 공부했다. 약사로 일하며 틈틈이 의약학과 생명과학 분야의 글을 번역했다. 포항공과대학교 생물학연구정보센터BRIC의 바이오통신원으로, <네이처>와 <사이언스>등에 실리는 의학 및 생명과학 기사를 실시간으로 번역, 소개하고 있다. 그의 페이스북에 가면 매일 아침 최신 과학기사를 접할 수 있다.
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