‘광유전학’에 돌아간 노벨 생리의학상…빛으로 신경세포 제어

빛으로 특정 신경세포의 활동을 조절하는 ‘광유전학’, 신경과학 연구에서 특정 뇌세포와 신경회로 기능을 선택적으로 제어할 수 있게 한 기술이다. 신경계 질환의 발생 기전을 밝히고 치료 표적과 신약 후보를 검증하는 연구에도 활용되고 있다. 이 같은 광유전학의 토대를 마련하고 발전시킨 연구자 3명에게 올해 노벨 생리의학상이 돌아갔다.

노벨 생리의학상 수상자는 칼 다이서로스 미국 스탠퍼드대 교수와 페터 헤게만 독일 훔볼트대 교수, 게오르크 나겔 독일 뷔르츠부르크대 교수다. 이들은 빛에 의해 작동하는 이온채널의 발견과 이를 활용한 신경세포 제어 기술 발전에 각각 기여하며 광유전학의 토대를 마련한 공로를 인정받았다.

광유전학은 빛에 반응하는 단백질을 특정 신경세포에 발현시킨 뒤 빛을 조사해 세포의 활동을 조절하는 기술이다. 원하는 신경세포만 선택적으로 활성화하거나 억제할 수 있어 특정 신경회로가 행동과 뇌 기능에 어떤 영향을 미치는지 분석하는 데 활용된다. 기존 전기 자극보다 특정 종류의 신경세포를 선택적으로 조절할 수 있고 자극 시점도 정밀하게 제어할 수 있다는 점이 특징이다.

헤게만 교수와 나겔 교수는 녹조류에서 빛에 반응하는 단백질인 채널로돕신을 연구했다. 두 교수는 채널로돕신이 빛을 받으면 세포막의 이온통로를 열어 세포의 전기적 상태를 변화시킬 수 있다는 점을 규명했다. 이들의 연구는 빛으로 세포의 전기적 활동을 조절할 수 있는 기반을 마련했다. 다이서로스 교수는 채널로돕신을 신경세포에 적용해 광유전학을 신경과학 연구 기술로 발전시켰다. 특정 신경세포에 채널로돕신을 발현시킨 뒤 빛을 이용해 해당 세포를 빠르게 활성화하거나 억제할 수 있는 방법을 발전시켰으며, 이를 살아있는 동물에 적용해 특정 신경회로와 행동의 관계를 분석할 수 있도록 했다.
특히 다이서로스 교수는 이번 노벨상 수상에 앞서 지난해 광유전학을 개척한 성과로 아산사회복지재단이 선정하는 제18회 아산의학상 기초의학부문을 수상했다. 다이서로스 교수는 당시 인터뷰에서 광유전학의 치료 적용 사례로 지난 2021년 발표된 색소성망막염 환자의 시각 기능 회복 연구를 언급했다. 그는 “빛으로 특정 세포를 자극해 직접적으로 질병을 치료할 수 있고, 질병에 영향을 미치는 세포를 밝혀내 신약 개발에도 간접적으로 영향을 줄 수 있다”고 말했다. 그는 이어 “어느 세포에 무엇을 전달해야 뇌 질환 치료가 가능한지 연구가 진행될수록 광유전학의 적용 범위가 넓어질 것”이라고 부연했다.


황소원 글로벌이코노믹 기자 hwangsw715@g-enews.com