충남대학교 분석과학기술대학원 안현주 교수팀이 영국 캠브리지 대학의 Sabine Bahn 교수팀, IBS 인지 및 사회성 연구단의 신희섭 단장 연구팀과 함께 극미량의 뇌 조직 시료로부터 당 (glycan, 글라이칸)을 효율적으로 분리·분석하는 방법을 기반으로 인간 전두엽의 생애주기에 따른 당의 변화를 추적 관찰하는데 성공했다.
해당 연구 결과는 충남대 분석과학기술대학원 이주아 박사가 제 1저자로 참여했으며, 저명 국제 학술지인 PNAS(미국국립과학원회보, IF 9.4) 11월 2일자 온라인판에 게재됐다. 뇌의 발달, 신경 형성과 전달 등 신경학적으로 중요한 역할을 하고 알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌질환과도 밀접한 관련이 있다고 알려지면서 뇌 연구에서 점차 그 중요성이 확대되는 추세다.
또한 세계 각국의 뇌 연구에 대한 관심이 증가됨에 따라 뇌 연구와 관련된 다양한 영상기술과 분석기술이 발전하고 있으나 뇌 조직에서 5% 미만을 차지하는 당의 분리 및 분석을 위한 효과적인 방법의 한계로 인해 아직까지 이 분야에 대한 연구결과는 매우 제한적이었다. 특히 뇌 조직의 당의 시· 공간적 다양성에 관한 연구는 세계적으로 거의 전무하다.
이러한 가운데 안현주 교수 연구팀은 그동안 효과적 분석법의 부재로 인해 연구가 미미했던 뇌 글라이콤 연구를 위해 질량분석기반의 고민감도, 고재현성의 분석 플랫폼을 구축하였고 인간과 마우스의 뇌 발달단계에 따라 영역별 뇌 글라이콤 연구를 수행했다. 생애주기별 인간 68명의 전두엽 및 이에 상응하는 연령대의 쥐 30 마리에서 뇌의 발달 단계에 따른 당의 변화를 추적 관찰했다. 또한 쥐의 서로 다른 9개 뇌 영역에서 당을 최초로 비교·분석해 영역 특이적인 당의 발현을 제시했다.
뇌의 시·공간적 변화에 따라 전체 당사슬의 변화를 모니터링한 결과 인간과 마우스에서 공통적으로 시알산(Sialic acid)과 퓨코스(fucose)를 함유한 당이 민감하게 변화하는 것을 확인했으며, 두 종에서 공통적으로 변화하는 당사슬 또한 규명했다. 뿐만 아니라 뇌 기능과 관련된 새로운 구조의 당들을 규명하고, 140여개의 당을 기반으로 세계 최초로 인간 뇌 당의 생합성 지도를 구축했다.
연구팀의 이번 연구 성과는 뇌 기능의 분자적 이해에 중요한 기반(reference) 데이터가 되는 한편, 알츠하이머병과 같은 인간의 뇌질환 관련 질병을 포함한 광범위한 뇌의 생물학적 기능 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대되고 있다.
