KOSEN 한인과학기술자네트워크

1. 연구실 개요
대뇌(Cerebral Cortex) 신경네트워크의 발달을 조절하는 Genetic/Signaling pathway 규명을 통해, 인간을 포함한 고등 포유동물의 뇌신경계 진화과정을 이해하고, 이를 바탕으로 뇌신경계 발달 이상에서 발생하는 다양한 뇌발달질환(Autism, ADHD, Bipolar disorder, Schizophrenia 등)의 원인을 규명하는 연구를 수행한다.
 
2. 연구 배경
인간을 포함한 포유류의 대뇌 신피질은 크게 6가지의 분화된 신경세포(Pyramidal Neuron)가 층을 이루는 판상구조(Laminar structure)로 되어 있는 것이 공통적인 특징임. 포유동물의 진화과정 속에서 대뇌 판상구조의 출현은 고등 포유동물의 인지능력 향상뿐만 아니라, 고도의 정교한 운동을 가능하게 하였고, 더 나아가 인간의 언어능력 획득에도 결정적인 계기가 되었음. 신피질 각 층의 신경세포가 형성하는 신경네트워크와 기능들은 신피질 층에서의 위치에 따라 명확히 구분됨.  대표적인 대뇌 신피질의 신경세포에 의해 형성되는 신경네트워크는 크게 세 가지 유형으로 나눌 수 있음(그림1 참조).
  ● 유형 I - Callosal projection으로 Layer 2-4에 분포하는 신경세포들이 신경축삭을 뻗어 같은 쪽, 혹은 반대편 쪽 대뇌 신피질의 다른 세포들과 신경네트워크를 형성.
  ● 유형 II - Subcerebral projection으로 Layer 5의 신경세포들이 줄무늬체(Striatum)나 중뇌, 혹은 척추(Spinal cord)까지 직접 신경축삭(Axon)을 뻗어 표적과 시냅스(Synapse)를 통해 연결.
● 유형 III - Corticothalamic projection으로 Layer 6의 신경세포들이 시상의 신경세포들과 신경네트워크를 형성.


 


대뇌 신경세포의 구분된 신경네트워크 형성과 기능적 분화는 2가지 발생 메카니즘을 통해 획득되는데, 그 첫 번째 과정은 신경줄기세포의 일종인 Radial glial cell에서 태어난 신경전구세포가 신피질 내의 최종 목적지로 이동(migration)하는 것이고, 그 다음으로 독립적인 동질성(identity)과 신경망을 획득하는 것임. 생쥐의 뇌발달 과정을 기준으로 볼 때, 배아 발생 시기인 12일(E12)에 생긴 신경세포는 대뇌 신피질의 가장 아래층인 L6에 자리를 잡고, 이후 E16까지 순차적으로 L5-L2를 형성하는 신경세포가 만들어짐(그림2 참조). 인간을 포함한 고등 포유동물의 복잡한 인지 능력과 정교한 운동 능력은 이러한 대뇌 신피질의 정교한 발생과정과 정확한 신경세포로의 분화를 통해 획득.  결국 신피질 발생과 신경망 형성의 이상은 인지능력의 저하뿐만 아니라, 주요 뇌발달 질환(Autism, ADHD, Bipolar disorder, Schizophrenia 등)과 깊은 연관성이 있다는 것이 최근의 연구들을 통해 밝혀짐.


 
 
2. 연구 주제
■ SOX4/11의 협력인자를 발굴하고 Corticospinal tract 형성과정에서의 역할을 규명하고자 함. 또한 발굴한 인자의 상위 조절인자 규명을 통해 대뇌 발달과정에서 특정 신경네트워크 형성에 관여하는 Genetic pathway를 밝히고자 함(그림3 참조)


  


■ 신경네트워크 조절인자의 신경세포 특이적 발현조절 비-암호화 부위의 동정을 위한 새로운 접근법을 활용해, 대뇌 신피질 유전자 발현 조절 기전을 규명하는 연구 수행(그림4 참조).