Tau deposition patterns within the medial temporal lobe follow the connectivity of the entorhinal and perirhinal cortex – a combined post-mortem and 7T fMRI study
이 결합된 사후 부검 및 7T fMRI 연구는 내측 측두엽 내의 타우 침착 패턴이 내후각 및 주위후각 피질의 고유한 기능적 연결성에 의해 유의미하게 형성됨을 입증하며, 이는 네트워크 조직이 아밀로이드증이 발생하기 전부터 타우 전파를 주도함을 시사한다.
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노화하는 뇌에서는 타우(tau)라고 불리는 단백질이 신경 세포 내부에서 잘못 접히고 서로 뭉치기 시작하여, 신경섬유매듭이라 알려진 엉킨 구조를 형성할 수 있습니다. 이러한 매듭은 알츠하이머병의 특징이며 기억력 및 사고 능력의 상실과 밀접하게 연관되어 있습니다. 이러한 매듭은 흔히 새로운 기억을 형성하는 데 중요한 역할을 하는 내측 측두엽이라는 뇌의 깊은 부위에서 처음 나타나지만, 영원히 그곳에 머물러 있지는 않습니다. 질병이 진행되면 매듭은 뇌의 바깥층으로 퍼져나가 광범위한 손상을 일으킵니다. 과학자들은 이 확산이 무작위로 일어나는 것이 아니라고 오랫동안 의심해 왔습니다. 대신, 이는 뇌 자체의 내부 배선, 즉 한 연결된 영역에서 다음 영역으로 이동하는 방식을 따르는 것처럼 보입니다. 그러나 이 과정이 정확히 어떻게 시작되는지, 그리고 내측 측두엽이라는 그 작고 중요한 시작 구역 내에서 어떻게 움직이는지는 여전히 불분명한 상태로 남아 있었습니다.
이 수수께끼를 풀기 위해 연구진은 전례 없는 세밀함으로 뇌를 관찰하기 위해 두 가지 강력한 방법을 결합했습니다. 그들은 사망한 25명의 뇌 조직을 조사하였으며, 고성능 현미경을 사용하여 내측 측두엽의 14개 미세 하부 영역에 있는 타우 매듭의 정확한 개수를 측정했습니다. 이 영역들이 서로 어떻게 소통하는지 이해하기 위해, 연구진은 30명의 건강한 젊은 성인을 대상으로 일반 병원의 기계보다 훨씬 더 강력한 강도로 작동하는 초고해상도 자기공명영상(MRI)을 사용하여 해당 영역들 사이의 기능적 연결을 지도화했습니다. 물리적인 매듭 손상 지도와 뇌 연결 지도를 비교함으로써, 연구진은 질병의 확산이 세포 간의 통신 경로를 따르는지 확인할 수 있었습니다.
연구는 손상이 균등하게 분포되어 있지 않음을 확인해 주었습니다. 타우 매듭의 수치가 가장 높은 곳은 경내측 피질(transentorhinal cortex)과 전외측 내측 피질(anterolateral entorhinal cortex), 그리고 해마의 일부인 CA1 영역으로 나타났습니다. 이들은 질병이 일반적으로 시작되는 영역들입니다. 연구진은 명확한 패턴을 발견했습니다. 즉, 건강한 뇌에서 서로 강력하게 연결되어 있던 영역들은 질병이 있는 뇌에서도 유사한 수준의 타우 손상을 보이는 경향이 있었습니다. 이는 매듭이 한 지점에서 다른 지점으로 무작위로 뛰어넘는 것이 아니라, 대신 뇌의 자연스러운 경로를 따라 연결된 인접 영역으로 이동한다는 것을 시사합니다.
연구팀이 어떤 특정 시작점이 다음 손상이 나타날 위치를 가장 잘 예측하는지 식별하려고 시도했을 때, 내측 피질(entorhinal cortex)과 주변 피질(perirhinal cortex)의 연결 프로필이 가장 강력한 가이드 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 이 영역들은 질병의 징후가 가장 먼저 나타나는 곳들입니다. 데이터에 따르면, 이 초기 영역들이 내측 측두엽의 나머지 부분과 연결되는 방식은 내측 측두엽 전체에서 관찰되는 타우 축적 패턴과 밀접하게 일치했습니다. 이 패턴은 뇌에 손상이 적을 때나 많을 때 모두 유효했으며, 이는 뇌의 내부 네트워크 구조가 시작부터 질병의 형태를 결정한다는 것을 시사합니다.
연구진은 내측 피질이 가장 이른 시기의 손상 부위이지만, 근처의 또 다른 영역인 주변 피질(perirhinal cortex) 또한 손상의 확산을 예측하는 데 주요한 역할을 한다는 점에 주목했습니다. 이는 비록 주변 피질이 질병 과정에서 약간 더 늦게 영향을 받는 영역임에도 불구하고, 그 연결성이 전체적인 손상 패턴과 매우 잘 일치하기 때문입니다. 반면, 해마의 CA1 영역과 같이 손상이 높은 일부 다른 영역들은 상대적으로 매듭으로부터 자유로운 다른 뇌 부위들과 연결되어 있기 때문에, 확산을 예측하는 데 있어 효과가 덜했습니다.
이러한 발견은 기억 센터 내에서의 타우 확산이 뇌 자체의 구조적 조직에 의해 주도된다는 것을 시사합니다. 이 연구가 매듭이 이 전선들을 따라 물리적으로 이동한다는 것을 증명하는 것은 아니지만, 세포 간의 연결이 질병이 이동하는 지도를 만든다는 점을 강력하게 시사합니다. 이러한 통찰은 개입을 위한 잠재적인 기회를 강조합니다. 만약 과학자들이 내측 피질과 주변 피질의 이러한 특정 연결을 이해하고 조절할 수 있다면, 질병이 뇌의 나머지 부분으로 퍼지기 전에 진행을 늦추거나 멈출 수 있을지도 모릅니다. 이 연구는 뇌의 배선도가 단순히 수동적인 구조가 아니라, 알츠하이머병이 전개되는 방식을 안내하는 능동적인 가이드라는 점을 강조합니다.
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