우리 뇌에 이 유전자 결여되면 불안과 공포 증가

자폐스펙트럼장애 유발 인자와 암 유발 인자로 알려진 PTEN유전자

 

뇌의 양옆에 위치한 편도체. 이 편도체 신경회로에 PTEN 유전자 손실이 발생하면 불안과 공포가 증가하는 것으로 발곃졌다. @EasternEye

 

 

특정 유전자 손실이 우리 뇌에서 불안과 공포를 관장하는 편도체의 신경회로를 어떻게 변화시키는지가 밝혀졌다. 6월 26일(현지시간) 《세포 신경과학의 최전선(Frontier in Cellular Neuroscience)》에 발표된 미국 막스 플랑크 플로리다 신경과학연구소(MPFI) 연구진의 논문에 담긴 내용이다.

 

문제의 유전자는 억제성 신경세포의 발달을 조절하는 PTEN(탈인산화효소 및 텐신 동족체) 유전자다. PTEN 유전자는 체내에서 단백질의 인산기를 가수분해하는 탈인산화효소(포스파타제)라는 단백질 생성을 관장한다. 또 종양을 억제하는 텐신 동족체(tensin homolog) 형성도 담당한다. 이를 통해 세포의 성장과 분열을 억제하는 억제한다. 이 유전자에 돌연변이가 발생하면, 세포 증식이 비정상적으로 진행돼 다양한 암 발생 위험이 높아진다. 그래서 암연구자들이 주목하고 있는 유전자다.

 

MPFI의 맥린 볼튼 교수가 이끄는 연구진은 PTEN 유전자의 손실이 편도체의 특정 신경회로 변화를 일으켜 공포와 불안을 증가시킨다는 것을 발견했다. PTEN 유전자에 결함이 생기면 신경세포의 에너지 생성이 억제된다. 그러면 소뇌와 해마에서 미토콘드리아 DNA 변성이 일어나 비정상적인 에너지 생성을 급증시킨다. 이로 인해 뇌가 비정상적으로 커지는 거두증과 자폐스펙트럼장애(ATD) 같은 학습 장애와 지적 장애가 발생할 위험이 커진다.

 

PTEN의 전반적인 감소가 인간의 자폐스펙트럼장애와 연관된 사회성 변화, 반복적인 행동, 불안 증가를 초래한다는 것은 동물모델과 인간모델에서 모두 밝혀졌다. 그러나 신경계 전반에서 PTEN 유전자를 제거할 경우 특정 회로 및 행동 변화 관찰이 어렵다. 그래서 연구진은 소마토스타틴(성장호르몬 분비 억제 호르몬) 발현을 억제하는 신경세포에서만 PTEN 유전자를 제거한 생쥐모델에서 기억과 감정을 관장하는 편도체에 미치는 영향에 초점을 맞췄다.

 

연구진은 소마토스타틴 억제 신경세포에서만 PTEN 유전자를 파괴한 생쥐 모델과 자체 개발한 신경회로 지도 작성 접근법을 결합했다. 이 신경회로 지도 작성 접근법은 수백 개의 인근 신경세포에서 순차적인 광유전자학적 활성화가 발생할 때 개별 신경세포 간의 연결성과 강도를 신속하게 포착하게 해준다.

 

연구진의 일원인 MPFI의 팀 폴포드 박사는 “이 방법은 유전적 변이로 인한 국소 신경세포의 연결성과 강도의 변화를 파악하는 데 사용할 수 있는 강력한 방법”이라고 소개했다. 그는 “우리는 단일 세포 유형에서 PTEN 신호가 중단되면 뇌가 정보를 처리하는 방식이 어떻게 변화하고 자폐스펙트럼장애에 어떻게 기여하는지를 밝히는 데 초점을 맞췄다”고 설명했다.

 

연구진은 공포 반응의 발현을 억제하는 관문 역할을 하는 것으로 알려진 중앙편도체(CeL)의 회로에 초점을 맞췄다가 놀라운 발견을 했다. 소마토스타틴 억제 신경세포에서 PTEN을 제거하자 중앙편도체의 국소 억제 연결이 약 50% 중단됐다. 또 남아 있는 억제 연결의 강도도 감소했다. 이러한 연결성 감소는 감정과 관련된 감각 정보를 중앙편도체에 전달하는 인근 뇌 영역인 기저측편도체(BLA)에서 수신되는 흥분 신호의 강도가 증가한 것과 뚜렷한 대조를 이뤘다.

 

유전자 모델의 행동 분석 결과, 이러한 신경 신호의 불균형은 불안감 증가와 공포 학습 증가와 관련 있었다. 그러나 사회적 행동의 변화나 자폐스펙트럼장애에서 흔히 관찰되는 반복적인 행동 특성의 변화와는 관련이 없는 것으로 나타났다.

 

이러한 결과는 특정 세포 유형에서 PTEN 유전자 손실이 특정 자폐스펙트럼장애 유사 행동을 유도하기에 충분하다는 것을 확인시켜 준다. 또 편도체의 국소 억제 네트워크가 신경 장애와 관련된 유전적 변이에 의해 어떻게 영향을 받는지에 대한 상세한 지도를 제공한다.

 

변경된 신경회로가 모든 자폐스펙트럼장애 관련 행동에 영향을 미친 것은 아니다. 사회적 상호작용은 거의 그대로 유지됐다. 이는 PTEN 관련 불안 및 공포 행동이 특정 미세 신경회로 변화에서 비롯될 수 있음을 시사한다.

 

홀포드 박사는 “이번 연구는 불안감과 공포가 증가하게 되는 국소 회로를 밝혀내 신경 장애의 범주 내에서 특정 미세 회로의 역할을 구별해 냈다”며 “언젠가 특정 인지 및 행동 특성에 대한 표적 치료제를 개발하는 데 도움이 되기를 바란다”고 밝혔다. 그는 향후 연구에서는 다양한 유전자 모델에서 이러한 신경미세 회로 변화가 공포와 불안 표출과 어떻게 연결되는지를 추가 연구할 계획이라고 덧붙였다.

 

해당 논문은 다음 링크(https://www.frontiersin.org/journals/cellular-neuroscience/articles/10.3389/fncel.2025.1597131/full)에서 확인할 수 있다.