Interregional synaptic maps among engram cells underlie memory formation
Science, 360(6387), 430-435

Q. 선정된 연구성과의 내용과 의의는 무엇인가요?

연구팀은 한 신경세포의 맺힌 시냅스들을 종류별로 구분할 수 있는 신기술을 개발하였고, 이를 dual-eGRASP라고 명명하였다. 새롭게 개발된 dual-eGRASP 기술을 이용하여 연구팀은 기억이 저장되는 시냅스를 찾아내고자 하였다. 기억형성에 의해서 기억저장 세포들 사이 시냅스의 수상돌기 가시의 밀도와 크기가 증가했다는 것을 관찰하였다. 한마디로 기억저장 시냅스를 찾아낸 것이다. 이는 기억이 신경세포의 시냅스에 저장될 것이라는 70년 전에 도널드 헵이 제안했던 학설을 최초로 실험적으로 증명해낸 것이다. 기억이 저장되는 장소를 규명하였기 때문에 앞으로 기억을 연구하는데 있어서 기억저장 시냅스를 연구하는 것이 새로운 패러다임으로 자리매김할 것이다.

Q. 해당 연구분야의 최신 연구의 흐름은 어떤가요?

학습과 기억에 의한 뉴런의 분자메커니즘과 구조적 변화를 관찰하는 연구는 오래전부터 꾸준히 이루어져 왔었다. 하지만 광유전학(optogenetics)의 도입과 더불어서 기억저장세포(Engram cell)에 대한 연구는 새로운 국면을 맞이하였다. 기억저장 세포를 직접적으로 활성 및 억제시켜서 인위적으로 기억을 불러일으킬 수 있게 되었다. 하지만 세포단위의 연구에 비해서 시냅스 수준의 연구는 상대적으로 더딘 상황이었다. 이전까지는 기억 저장세포간의 연결 시냅스를 관찰하는 것이 불가능했기 때문이다. 하지만 이번 Dual-eGRASP의 개발과 함께 기억을 저장하는 시냅스를 선택적으로 관찰하는 것이 가능해졌고, 다음 단계의 연구는 기억저장 시냅스만의 선택적인 조절이 될 것이다.

Q. 함께 진행한 연구진의 소개를 부탁합니다.

최준혁 박사는 초기 과정에서 Dual-eGRASP의 개발을 시작하여 최적화된 조건을 만들어 내었으며, 기억저장 세포간의 연결을 관찰하기 위한 실험 전략과 주춧돌을 쌓아 올린 뛰어난 인재이다. 심수언 박사는 최준혁 박사 뒤를 이어 이번 논문의 핵심 중 하나인 전기생리학적 레코딩을 전담하였다. 김지일 박사과정 학생은 최준혁 박사가 나간 이후의 클로닝과 바이러스 제작 및 관리 그리고 행동실험을 전담하였으며 eGRASP의 이미징 및 분석을 체계적으로 정리하고 훌륭하게 수행해주었다. 최동일 박사과정 학생은 이번 실험에 필요한 모든 수술의 전담과 eGRASP 이미징과 분석을 진행하였으며 기억의 세기와 기억세포와 연결의 상관관계에 대한 아이디어를 제시하였다. 위 연구원들뿐만 아니라 이번 프로젝트에 참여한 오지혜, 예상현, 이재현 학생, 김태현 고형곤 임채석 박사도 본 연구를 성공적으로 이끄는데 큰 기여를 하였다. 이러한 능력있는 출중한 연구진의 노력이 있었기에 Science라는 최고수준 저널에 연구성과를 올릴 수 있었다고 생각한다.

사진1. 연구하는 모습들

Q. 현재 해당 연구분야의 한계는 무엇인지, 향후 연구방향과 계획이 궁금합니다.

다양한 기술의 발전과 함께 최근 신경생물학, 특히 기억저장 세포(Engram cell)에 대한 연구는 비약적으로 발전하였고, 현재는 기억을 저장하고 있는 기억저장 세포뿐만 아니라 기억저장 세포간의 연결 시냅스 단위까지 좁혀졌다. 하지만 여전히 어떤 암호화 메커니즘에 의해서 기억이 저장이 되는지는 미지의 영역이다. 앞으로 연구 방향은 기억저장 시냅스를 관찰의 다음 단계인 선택적인 조절이 가능한가에 초점을 맞출 것이다. 또한 학습과 기억에 대한 연구는 주인공인 흥분성 뉴런에서 주로 이루어져 왔었는데, 뿐만 아니라 주변의 다른 세포들의 역할에도 관심을 갖고 있다.

Q. 평소 연구주제에 대한 선택과 아이디어를 어떻게 얻으시는지?

새로운 아이디어는 좋은 연구환경에서 나오고 축적된 연구실 역사도 도움이된다. 좋은 환경이란 기발한 아이디어에 대한 디스커션이 자유로운 연구실 분위기, 동료 해외학자들과의 빈번한 교류, 세계적 연구 흐름에 대한 실시간 파악 등을 포함한다. 특정 주제에 대해 항상 탐구해온 축적된 연구실의 긴 역사도 중요한 요소가 돌 수 있다. 본 연구도 이와 같은 활성화된 연구환경 속에서 많은 시행착오 끝에 얻어진 소중한 결과이다.

Q. 과학자로서 연구 활동 중 아쉬운 점이나 우리의 연구 환경 개선에 관한 의견이 있으시다면?

확실히 예전에 비해서 자연과학에 대한 중요성이 부각되었고 실험환경이 개선된 것은 사실이다. 하지만 여전히 외국의 선진 연구환경 수준까지 올라가기 위해서는 정부 차원의 지속적인 인식의 개선이 필요하다. 유망한 학생들이 연구에 전념하여 좋은 성과를 낼 수 있도록 충분한 장학 지원과 우수한 성과에 대해서는 적절한 포상이 이루어진다면 좋은 원동력이 되어 뛰어난 학생이 지속적으로 과학계에 유입될 것이고, 이는 한국 과학계의 발전과 직결된다. 그리고 동물실험에 대한 도의적인 문제와 생물안전사고를 예방하기 위한 철저한 규정 등은 반드시 필요하다고 생각 하지만 지나친 규제는 자칫 한국 과학 기술계의 발전을 저해하여 국가 경쟁력 상실을 유발 할 수도 있기에 실질적인 상황에 맞는 적절한 기준을 맞추어가는 것이 중요하다고 생각된다.

Q. 같은 분야를 연구하려는 학생/후학들에게 도움이 되는 말씀을 부탁드립니다.

다양한 학문 분야가 그러하겠지만 실험은 수많은 실패와 반복 끝에야 겨우 한두 번의 신뢰할 수 있는 결과가 나온다. 많은 학생들이 초기단계의 실패에 좌절하여 도중에 과학자로서의 길을 포기하는 경우를 적지 않게 보았다. 하지만 고생과 노력 끝에 얻은 결과이기에 소중한 것이고, 새로운 발견과 기술이 인류를 풍요롭게 하는 가치 있는 일이며 더 나아가 본인의 자아실현을 이룩하는 성과임을 알아주었으면 한다. 후학들에게 부탁 하고싶은 것은 자신 분야의 연구를 즐기며 끊임없이 노력해주기만을 바랄 뿐이다.

Q. 그 외 추가하고 싶은 말씀 또는 바람이 있다면?

과학의 꿈이 있다면 반드시 성취된다. 얼마나 지속적으로 꾸준히 하느냐에 달려 있을 뿐이다.

사진2. 실험실 구성원들

< 2018 국내 바이오 연구성과 Top 5's는 써모피셔 사이언티픽 솔루션스 유한회사와 아베스코주식회사의 후원으로 진행되었습니다. >

관련 사이트 : 2018 국내 바이오 성과ㆍ뉴스 Top 5's, 한빛사 등록 논문