수면 장애와 뇌질환 관계는...수면 조절 시냅스 기전 규명

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 수면을 조절하는 시냅스 분자기전을 알아내 수면 장애를 포함한 뇌질환의 발병 기전을 이해하기 위한 실마리를 제시했다.

기초과학연구원(IBS)은 김은준 시냅스 뇌질환 연구단장 연구팀이 신경전달의 기본 단위인 시냅스 생성과 수면 조절의 연관성을 규명했다고 14일 밝혔다.

시냅스에서 PTPδ단백질과 IL1RAPL1단백질의 상호작용과 신경전달 조절.<자료=기초과학연구원>

뇌에 존재하는 수많은 신경세포는 시냅스를 통해 신호를 주고받는다. 시냅스는 신경세포 간 혹은 신경세포와 다른 신경세포가 만나는 접합 부위로, 전시냅스와 후시냅스로 구분된다.

전시냅스에서 나온 신경전달물질을 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면 신경전달이 일어난다. 각 시냅스는 신경회로가 정상 작동하기 위한 뇌의 최소 구조단위로 위치와 기능에 따라 고유의 성질을 나타낸다.

전시냅스와 후시냅스에는 시냅스 접착 단백질이 각각 존재한다. 시냅스 접착 단백질들은 상호작용하며 시냅스를 생성하면서 두 신경세포가 연결될 수 있다.

수면은 뇌가 정상 작동하는데 필수적 요소이다. 그동안 수면과 생체리듬에 관여하는 유전자와의 연관성이 알려졌지만, 시냅스와 수면 간 연관성은 밝혀지지 않았다.

연구팀은 전시냅스 접착 단백질인 PTPδ단백질이 후시냅스 접착 단백질인 IL1RAPL1단백질과 상호작용해 시냅스를 생성하고, 정상적인 수면이 이뤄지도록 작동한다는 사실을 확인했다.

연구팀은 PTPδ단백질 전체가 결손된 생쥐를 통해 시냅스 생성, 신경전달과 동물 행동을 관찰했다. PTPδ단백질 전체가 결손된 경우, 시냅스 생성이 감소해 뇌 해마에서 신경전달이 이뤄지지 않아 정상적인 수면 조절을 방해했다.

PTPδ단백질의 일부인 meA 스플라이스 펩타이드를 결손시킨 경우에도 PTPδ단백질 전체가 결손된 경우와 비슷한 수준으로 시냅스 생성이 감소하고 수면 장애가 나타났다.

연구팀은 대부분의 신경뇌질환과 동반되는 수면장애 여부를 확인하기 위해 뇌파검사도 진행했다. 그 결과 흥분성 신경세포에서 PTPδ단백질 전체가 결손된 생쥐와 PTPδ단백질의 일부인 meA 스플라이스 펩타이드가 결손된 생쥐에서 수면 시 발생하는 뇌파가 감소했다. PTPδ단백질이 수면 조절을 비롯해 깊은 수면과 관련이 있음을 확인한 것이다.

김은준 단장은 “PTPδ단백질이 시냅스 생성과 정상적 수면에 필수적인 시냅스 접착 단백질임을 밝혔다”며 “하지불안증후군과 같은 수면장애, 조현병, 주의력결핍 과잉행동장애 등 관련 뇌질환의 발병 기전 이해와 진단, 치료에 도움을 줄 것”이라고 말했다.

연구결과는 국제 학술지 ‘엠보(EMBO)’에 지난달 19일자로 게재됐다.