[쿠키과학] '시냅스 줄였더니 학습력 ↑'… IBS-뇌연구원, 뇌 회로 재편 '신트로고' 개발

별세포 이용해 특정 시냅스만 제거, 뇌 회로 구조 재설계
시냅스 27% 감소에도 LTP 증가·기억 유지력 향상
자폐·조현병 등 시냅스 이상 질환 치료 새 접근 기대

승인 2026-04-15 18:00:04

기초과학연구원(IBS)과 한국뇌연구원 공동연구진이 뇌 회로를 선택적으로 편집해 기억력을 높이는 기술을 구현했다.

이번 연구는 시냅스를 무작정 늘리거나 자극하는 기존 접근과 달리 불필요한 연결을 정밀하게 제거해 남은 회로의 성능을 끌어올리는 방식을 적용했다.

IBS 기억및교세포연구단과 한국뇌연구원 공동연구진은 별세포(Astrocyte)를 활용해 특정 시냅스를 선택적으로 제거하는 ‘신트로고(SynTrogo)’ 기술을 개발했다.

이 기술은 뇌 회로의 구조 자체를 재설계해 학습과 기억능력을 향상시킨 첫 사례다.

뇌는 수조 개 시냅스가 연결된 커넥톰(Connectome) 구조로 이뤄져 기억과 감정, 판단 등 모든 인지 기능을 담당한다.

기존 연구는 시냅스를 통한 신호 전달 조절에 집중했지만, 회로 자체를 직접 편집하는 기술은 사실상 불가능한 영역으로 여겨져 왔다.

연구진은 면역세포가 상대 세포 일부를 떼어내 제거하는 ‘트로고사이토시스(Trogocytosis)’ 현상에 주목했다.

이를 응용해 신경세포 시냅스에는 형광단백질(GFP)을, 별세포에는 이를 인식하는 나노바디 수용체를 발현시켜 두 세포가 강하게 결합하도록 설계했다.

그 결과 별세포가 표적 시냅스만 선택적으로 포획해 제거하는 데 성공했다.

이 기술을 생쥐 해마 회로에 적용한 결과 시냅스 밀도는 약 27% 감소했다.

아울러 남은 시냅스는 크기가 커지고 기능이 강화되며 신경전달 효율이 크게 향상됐다.

전자현미경 분석에서는 신경전달물질 소낭과 미토콘드리아가 증가하고 구조적 안정성이 높아진 것을 확인했다.

특히 신경 가소성의 핵심 지표인 장기강화(LTP)가 증가해 학습능력 자체가 향상됐다.

실제 행동 실험에서 신트로고 기술이 적용된 생쥐는 약한 자극으로 형성된 기억을 더 오래 유지하고, 기존 기억을 새로운 기억으로 유연하게 대체하는 능력까지 보였다.

이는 양적 감소가 질적 향상으로 이어진 것으로, 불필요한 연결을 제거하면서 신호 전달의 효율이 높여 결과적으로 더 강한 기억 회로가 형성됨을 의미한다.

연구진은 이번 연구성과를 향후 자폐 스펙트럼 장애, 조현병 등 다양한 뇌 질환 모델에 신트로고 기술을 적용해 치료 가능성을 검증할 계획이다.

또 해마 외 다른 뇌 영역으로 적용 범위를 확대해 범용적인 뇌 회로 편집 기술로 발전시킬 예정이다.

이계주 한국뇌연구원 책임연구원은 “시냅스가 줄어든 상황에서도 뇌 회로가 스스로 적응해 기능을 강화하는 원리를 규명했다”며 “인지 기능 회복 연구에 중요한 단서가 될 것”이라고 말했다.

이창준 IBS 기억및교세포연구단장은 “조현병이나 자폐증처럼 시냅스 이상이 원인인 질환, 또는 시냅스 손실이 특징인 퇴행성 뇌 질환 치료에 새로운 플랫폼이 될 수 있다”고 설명했다.

이상규 IBS 차세대 연구리더는 “합성생물학적 접근으로 시냅스 단위의 뇌 회로 편집이 가능함을 입증했다”며 “향후 커넥톰 편집 시대의 기반 기술이 될 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 15일 국제학술지 ‘Nature Communications’ 온라인에 게재됐다.
(논문명: Remodeling synaptic connections via engineered neuron-astrocyte interactions / 저자 - 김신흔(공동 제1저자, IBS), 원우진(공동 제1저자, IBS), 김규현(공동 제 1저자, KBRI, 고려대 의대), 국연희(IBS, 충남대), 손승규(IBS), 최송희(KAIST), 강동엽(IBS, 충남대 의대), 박민구(IBS), 최영진(IBS), 원성수(IBS), 신주희(IBS), 정용(KAIST), 이계주(공동 교신저자, KBRI), 이창준(공동 교신저자, IBS), 이상규 (공동 교신저자, IBS))