기억 형성 및 안정화를 촉진하는 '분자 접착제' 발견 연구

동물원에 처음 갔던 날이든, 자전거를 처음 타던 순간이든, 우리에게는 평생 간직될 어린 시절의 추억이 있습니다. 하지만 무엇이 이 추억들을 그렇게 오래도록 기억하게 할까요?

국제 과학자 팀이 Science Advances 저널에 발표한 연구에서 장기 기억의 생물학적 기초가 밝혀졌습니다. 핵심 발견은 다른 분자들의 "접착제" 역할을 하여 기억 형성을 굳건히 하는 KIBRA 분자의 역할이었습니다.

"분자가 장기 기억을 어떻게 저장하는지 이해하려는 이전 시도들은 개별 분자의 개별적인 행동에 초점을 맞춰 왔습니다."라고 뉴욕대학교 신경과학 교수이자 이번 연구의 주요 연구자 중 한 명인 안드레 펜튼은 설명합니다. "이번 연구는 이러한 분자들이 어떻게 서로 상호작용하여 기억이 영구적으로 저장되는지 보여줍니다."

"우리가 기억을 어떻게 저장하는지 더 잘 이해하면 기억 관련 장애를 연구하고 치료하는 미래의 노력에 도움이 될 것입니다."라고 SUNY Downstate Health Sciences의 교수이자 주요 연구자 중 한 명인 토드 색터가 덧붙여 말했습니다.

뉴런이 강하고 약한 시냅스 패턴으로 정보를 저장한다는 것은 오래전부터 알려져 왔으며, 이는 신경망의 연결성과 기능을 결정합니다. 그러나 시냅스 분자는 불안정하여 뉴런 내부에서 끊임없이 움직이고, 마모되고, 몇 시간 또는 며칠 안에 교체됩니다. 이는 다음과 같은 의문을 제기합니다. 기억이 어떻게 수년 또는 수십 년 동안 안정적으로 유지될 수 있을까요?

마우스 모델에서 연구진은 신장과 뇌에서 발현되는 단백질인 KIBRA의 역할에 집중했습니다. 이 단백질의 유전적 변이는 좋은 기억력과 나쁜 기억력 모두와 관련이 있습니다. 연구진은 KIBRA가 기억 형성에 중요한 다른 분자들, 즉 단백질 키나아제 Mzeta(PKMzeta)와 어떻게 상호작용하는지 연구했습니다. 이 효소는 포유류의 정상적인 시냅스를 강화하는 데 중요한 분자이지만, 며칠 후에는 분해됩니다.

실험 결과, KIBRA는 장기 기억의 "누락된 고리"로, 약한 시냅스는 피하면서 강한 시냅스와 PKMzeta에 붙는 "영구적인 시냅스 태그" 또는 접착제 역할을 하는 것으로 나타났습니다.

"기억이 형성될 때, 그 과정에 관여하는 시냅스가 활성화되는데, KIBRA는 이러한 시냅스에 선택적으로 위치합니다."라고 SUNY Downstate의 생리학, 약리학, 마취학, 신경과학 교수인 삭터는 설명합니다. "그러면 PKMzeta가 KIBRA 시냅스 태그에 부착되어 시냅스를 강하게 유지합니다. 이렇게 하면 시냅스가 새로 형성된 KIBRA에 달라붙어 더 많은 PKMzeta를 끌어당길 수 있습니다."

더 구체적으로, Science Advances에 게재된 논문에 설명된 그들의 실험은 KIBRA-PKMzeta 연결을 끊으면 오래된 기억이 지워진다는 것을 보여줍니다.

이전 연구에서는 뇌에서 PKMzeta의 무작위적인 증가가 약하거나 희미해지는 기억을 개선한다는 것을 보여주었는데, 이는 PKMzeta가 무작위적인 위치에서 작용하기 때문에 당혹스러웠습니다. KIBRA에 의한 지속적인 시냅스 태깅은 PKMzeta가 KIBRA에 의해 표시된 위치에서만 작용하여 기억을 개선한 이유를 설명합니다.

"지속적인 시냅스 태그의 메커니즘은 신경학적, 정신적 기억 장애에 임상적 영향을 미치는 이러한 연구 결과를 처음으로 설명합니다."라고 NYU Langone Medical Center의 신경과학 연구소에도 소속된 펜튼 박사가 말했습니다.

논문 저자들은 이 연구가 프랜시스 크릭이 1984년에 도입한 개념을 확증한다고 지적합니다. 삭터와 펜튼은 끊임없는 세포 및 분자 변화에도 불구하고 뇌가 기억을 저장하는 역할을 설명하는 그의 가설이 "테세우스의 배" 메커니즘이라고 지적합니다. 테세우스의 배는 오랜 세월에 걸쳐 새로운 판자가 낡은 판자를 대체하여 "테세우스의 배"를 지탱하는 그리스 신화의 철학적 논증입니다.

"지속적인 시냅스 태깅 메커니즘은 여러 세대에 걸쳐 테세우스의 배를 유지하기 위해 오래된 판자를 새로운 판자로 교체하는 방식과 유사하며, 기억을 지탱하는 단백질이 교체되더라도 수년 동안 기억이 지속될 수 있게 합니다."라고 Sacktor는 말합니다.

프랜시스 크릭은 이 테세우스의 배 메커니즘을 직관적으로 예측했고, 단백질 키나아제의 역할까지 예측했습니다. 하지만 그 구성 요소가 KIBRA와 PKMzeta라는 사실과 이들이 상호작용하는 메커니즘을 밝혀내는 데는 40년이 걸렸습니다.