Neuronal primary cilia are not required for hippocampal circuit function or behavior in adult mice
성체 생쥐를 이용한 유전 및 행동 연구를 통해, 이 논문은 해마 뉴런에서 일차 섬모를 제거하는 것이 뉴런의 흥분성, 시냅스 가소성 또는 해마 의존적 행동을 저해하지 않음을 입증하며, 이러한 구조가 성숙한 뇌 회로에서 필수적인 신호 전달 허브라는 기존의 견해에 도전한다.
원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. 이것은 동료 심사를 거치지 않은 프리프린트의 AI 생성 설명입니다. 의학적 조언이 아닙니다. 이 내용을 바탕으로 건강 관련 결정을 내리지 마세요. 전체 면책 조항 읽기
인간의 거의 모든 세포 내부와 생쥐의 뇌 속에는 일차 섬모(primary cilium)라고 불리는 아주 작고 머리카락 같은 돌기가 존재합니다. 오랫동안 과학자들은 이 구조물이 장에 있는 충수(appendix)처럼 진화 과정에서 남겨진 쓸모없는 유물이라고 생각했습니다. 그러나 최근의 발견들은 뇌가 형성되는 초기 단계 동안 이 섬모들이 결정적인 명령 센터 역할을 한다는 사실을 밝혀냈습니다. 이들은 화학적 신호를 수신하여 성장하는 세포들이 어디로 가야 할지, 그리고 무엇이 되어야 할지를 알려줍니다. 뇌가 발달하는 과정에서 이 구조물들이 제대로 형성되지 않으면 심각한 결과가 초래되어, 기형이나 지적 장애로 이어질 수 있습니다. 이로 인해 많은 연구자들은 이 작은 안테나들이 성숙한 뇌에서도 계속해서 중요한 역할을 수행하며, 성인 뉴런들이 올바르게 소통하고 행동하도록 유지하는 필수적인 허브 역할을 할 것이라고 믿게 되었습니다.
남아있던 질문은 이 구조물들이 뇌가 완전히 성장한 후에도 여전히 필요한가 하는 점이었습니다. 성인 뉴런은 전기 신호를 발사하거나, 새로운 것을 배우거나, 과거를 기억하기 위해 이 일차 섬모에 의존할까요? 이를 알아내기 위해 세인트 주드 아동 연구 병원(St. Jude Children's Research Hospital)의 연구팀은 성인 생쥐의 뇌에서 이 구조물들을 제거하고 어떤 일이 일어나는지 관찰하기로 했습니다. 그들은 기억을 형성하고 공간을 탐색하는 데 유명한, 뇌 깊숙한 곳에 위치한 해마 모양의 영역인 해마(hippocampus)에 집중했습니다. 정밀한 유전적 도구를 사용하여, 그들은 신체의 나머지 부분과 발달 중인 뇌에는 영향을 주지 않은 채 성인 생쥐의 성숙한 뉴런에서만 일차 섬모를 만드는 데 필요한 유전자를 삭제할 수 있었습니다.
연구진은 결과의 확실성을 보장하기 위해 두 가지 다른 방법을 사용했습니다. 첫째, 그들은 동물이 성숙함에 따라 특정 뇌 영역에서 섬모를 만드는 능력을 차단하는 유전적 스위치를 가진 생쥐를 번식시켰습니다. 이를 통해 그들은 평생 동안 해마 뉴서에 이러한 구조물 없이 살아온 생쥐를 연구할 수 있었습니다. 둘 째로, 뇌가 결핍된 부분을 보완하기 위해 시간이 흐르며 단순히 적응했을 가능성을 배제하기 위해, 그들은 테스트하기 불과 몇 분 전에 고출력 레이저를 사용하여 성인 생쥐의 개별 뉴런에서 섬모를 외과적으로 제거했습니다. 또한 그들은 다른 그룹의 성인 생쥐에서 섬모를 삭제하기 위해 바이러스를 사용하기도 했습니다. 모든 경우에서 목표는 동일했습니다. 즉, 이 작은 안테나가 없으면 뇌가 작동을 멈추는지 확인하는 것이었습니다.
그들이 발견한 결과는 놀라웠습니다. 성숙한 뉴런에 일차 섬모가 완전히 부재함에도 불구하고, 뇌는 정확히 작동해야 하는 대로 계속 기능했습니다. 뉴런의 전기적 활동은 정상적이었습니다. 세포들은 건강한 세포와 동일한 강도와 타이밍으로 신호를 발사했습니다. 연구진이 이 뉴요들이 서로 어떻게 소통하는지 테스트했을 때, 그 연결은 똑같이 강력했으며, 학습에 필수적인 과정인 시간이 지남에 따라 그 연결을 강화하는 능력 또한 전혀 영향을 받지 않았습니다. 뉴런들은 혼란스러워하거나, 느려지거나, 과잉 반응하지 않았습니다. 그들은 마치 섬모가 처음부터 없었던 것처럼 행동했습니다.
연구진은 현미경을 넘어 실제 세상으로 나아가 생쥐가 여전히 학습하고 기억할 수 있는지 확인했습니다. 그들은 생쥐를 기억과 행동을 측정하기 위해 설계된 일련의 테스트에 배치했습니다. 한 테스트에서 생쥐들은 특정 소리나 특정 방을 가벼운, 해롭지 않은 전기 충격과 연관 짓는 법을 배웠습니다. 또 다른 테스트에서 생쥐들은 물속의 숨겨진 플랫폼 위치를 기억해야 했습니다. 그들은 또한 불안, 사회적 상호작용, 운동 기술에 대해서도 테스트했습니다. 모든 사례에서, 섬모가 없는 생쥐들은 섬모가 있는 생쥐들과 똑같이 수행했습니다. 그들은 과제를 빠르게 학습했고, 며칠 후에도 그것을 기억했으며, 불안이나 사회적 위축의 징후도 보이지 않았습니다. 세상을 탐색하고 상호작용하는 그들의 능력은 일반적인 생쥐와 구별할 수 없을 정도였습니다.
이러한 결과는 신경과학계의 오랜 가설에 도전합니다. 일차 섬모가 뇌를 구축하는 데 필수적이라는 것은 분명하지만, 이 연구는 뇌가 완성된 후 이를 계속 가동하는 데에는 필요하지 않다는 점을 시사합니다. 이 연구 결과는 성인의 해마에서 이 구조물들이 많은 과학자가 믿었던 것만큼 주요한 신호 허브가 아님을 나타냅니다. 뇌는 학습과 기억의 복잡한 화학 작용을 관리하기 위해 이 작은 돌기들에 의존하지 않는 다른 방법들을 가지고 있는 것으로 보입니다. 이것이 성인 뇌에서 섬모가 쓸모없다는 의미는 아닙니다. 그들은 스트레스, 질병 또는 노화의 시기에 여전히 역할을 할 수도 있습니다. 그러나 정상적이고 건강한 조건 하에서 성인 뇌는 이들 없이도 완벽하게 기능할 수 있으며, 이는 뇌가 작동하는 방식에 대한 규칙이 유년기에서 성인기로 넘어가면서 크게 변화한다는 것을 시사합니다.
연구 분야의 논문에 파묻히고 계신가요?
연구 키워드에 맞는 최신 논문의 일일 다이제스트를 받아보세요 — 기술 요약 포함, 당신의 언어로.