뇌에서 뉴런을 도와 뇌 항상성 유지 역할을 수행하는 세포인 별아교세포(하얀색)와 미세아교세포(파란색)가 시냅스를 제거하고 있는 모습/사진제공=삼성전자
뇌에서 뉴런을 도와 뇌 항상성 유지 역할을 수행하는 세포인 별아교세포(하얀색)와 미세아교세포(파란색)가 시냅스를 제거하고 있는 모습/사진제공=삼성전자
삼성미래기술육성사업의 지원을 받은 정원석 카이스트(KAIST) 생명과학과 교수 연구팀이 지금껏 알려지지 않았던 '성인의 뇌가 기억을 유지하는 방식'을 밝혔다. 뇌·인지과학 연구 분야에 새로운 돌파구를 마련했다는 평가다.

5일 삼성전자에 따르면 정원석 교수 연구팀의 이 같은 논문이 지난해 12월23일 최상위 국제학술지 '네이처'를 통해 공개됐다.

신경세포인 뉴런과 뉴런 사이를 연결하는 시냅스는 뇌 안에서 정보를 학습하고 기억하는 역할을 담당한다. 기억이 형성되는 과정에서 기존의 시냅스는 사라지고 새로운 시냅스가 생성된다.

다만 그간 어떻게 기존의 시냅스가 사라지고 이렇게 사라지는 현상이 뇌의 기억 형성에 어떤 역할을 하는지에 대해선 알려지지 않았는데, 2017년 6월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 연구 지원을 받고 있는 정 교수 연구팀이 이를 처음으로 밝혀낸 것이다.

정 교수 연구팀은 뉴런을 둘러싸고 있는 신경교세포 중 가장 숫자가 많은 '별아교세포'가 뇌가 급격히 발달하는 시기에 시냅스를 제거한다는 자신들의 기존 연구 결과에 착안해 연구를 진행했다.

신경교세포는 뇌에서 뉴런을 도와 뇌 항상성 유지 역할을 수행하는 세포로 '별아교세포', '미세아교세포', '희소돌기아교세포' 등으로 구성된다. 별아교세포는 시냅스와 모세혈관에 접촉해 혈관에서 시냅스로 대사 물질을 운반하거나, 이들의 기능을 조절한다. 뇌에서 면역을 담당하는 미세아교세포는 죽은 세포를 제거하거나 염증 반응에 관여하는 세포다.

현재까지는 이 세포들 중 '미세아교세포'가 시냅스를 제거하는 주된 세포로 알려져 있었는데, 정 교수 연구팀은 성장한 생체의 뇌에서도 미세아교세포보다 '별아교세포'가 더 활발하게 시냅스를 제거하고 있음을 처음으로 밝혀냈다.

연구팀은 형광 단백질을 이용한 획기적인 분석법을 새롭게 도입해 '미세아교세포'를 그대로 둔 채 별아교세포가 시냅스를 제거하지 못하도록 기능을 억제했을 때 뇌에 비정상적인 시냅스가 급증하는 것을 발견한 것이다.

연구 결과는 미세아교세포가 시냅스를 제거하는 주된 세포일 것이라는 기존의 학설을 뒤집고, 별아교세포에 의한 시냅스 제거 현상이 뇌 신경회로의 기능과 기억 형성에 필수적임을 보여준 것이라는 설명이다.

연구팀은 생쥐를 대상으로 한 실험을 통해서 새롭게 발견한 방식을 검증했다, 그 결과 유전자 변형을 통해 별아교세포의 시냅스 제거 작용을 억제한 생쥐에서는 불필요한 시냅스가 제거되지 않고 또한 새로운 시냅스가 형성되는데 문제가 발생했다.

시냅스가 제거되고 새롭게 형성되는 과정에 별아교세포가 미치는 영향이 뇌가 기억을 형성하고 유지하는데 필수인 것을 생체에서도 확인한 것이다. 정원석 교수는 "이번 연구를 바탕으로 '별아교세포'가 시냅스를 제거하는 현상을 조절하게 할 수 있다면 자폐증, 조현병, 치매 등 뇌 신경질환 치료에 새로운 전기를 마련할 수 있을 것"이라고 말했다.
'성인의 뇌가 기억을 유지하는 방식'을 규명한 정원석 카이스트 생명과학과 교수/사진제공=삼성전자
'성인의 뇌가 기억을 유지하는 방식'을 규명한 정원석 카이스트 생명과학과 교수/사진제공=삼성전자
이재용 삼성전자 부회장은 평소 "미래 산업 발전하기 위해서는 기초과학이 튼튼해야 한다. 국내 산업 생태계의 기반을 강화하고, 미래 기술 경쟁력을 높일 수 있도록 지원을 아끼지 말자"고 강조해 왔다.

이에 따라 삼성전자는 우리나라의 미래를 책임질 과학기술 연구 분야 육성·지원을 목표로 2013년부터 1조5000억원을 출연해 연구 지원 공익사업인 삼성미래기술육성사업을 시행하고 있다.

삼성미래기술육성사업은 매년 상·하반기에 각각 기초과학, 소재, 정보통신기술(ICT) 분야에서 지원할 과제를 선정하고, 1년에 한 번 실시하는 '지정테마 과제 공모'를 통해 국가적으로 필요한 미래기술 분야를 지정해 해당 연구를 지원하고 있다.

이와 함께 △연구 책임자가 연구 성과와 주요 이슈를 설명하고, 참석 연구자들과의 토론을 통해 새로운 이디어를 얻는 '애뉴얼 포럼' △연구 성과의 산업 활용도를 높이기 위한 연구개발(R&D) 교류회 △활용도가 높은 특허 출원을 지원하는 IP멘토링 등 다양한 프로그램도 운영하고 있다.

삼성전자는 2013년부터 지금까지 634개 과제에 8125억원의 연구비를 지원했다고 설명했다. 삼성전자는 '함께가요 미래로! Enabling People' 이라는 기업의 사회적 책임(CSR) 비전 아래 삼성미래기술육성사업, 스마트공장, C랩 아웃사이드, 협력회사 상생펀드 등 상생 활동과 청소년 교육 사회공헌 활동을 펼치고 있다.

배성수 한경닷컴 기자 baebae@hankyung.com