| 신경 스냅스의 고정밀 3차원 구조 해석 | ||
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  중국과기대, 중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원 BI Guo-qiang(畢國強)/LIU Bei-ming(劉北明) 연구팀은 미국 캘리포니아대 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA) ZHOU Zheng-hong(周正洪)과 공동으로 냉동전자현미경 3차원 토모그래피 기술을 통해 최초로 분자수준에서 완전한 뇌신경 시냅스의 고정밀 3차원 구조를 해석했다. 해당 성과는 "Nature Neuroscience"에 게재됐다. 대뇌의 모든 신경세포는 수천 개의 미세한 "시냅스"롤 통해 다른 신경세포와 상호 연결된다. 해당 시냅스는 대뇌 행동, 의식, 학습 및 기억 등 기능의 가장 기본적인 구조 및 기능 단위(Functional unit)인 동시에 다양한 뇌질환 발생의 "기원지"이다. 시냅스 내부 단백질의 분자구조와 조직구조 그리고 신경활동 또는 비정상 과정에서의 변화에 대한 정밀 해석은 뇌의 비밀을 파악하는 핵심 일환일 뿐만 아니라 뇌과학 및 뇌질환 연구에서의 가장 기본적인 핵심 연구 방향이다. 광학현미경으로 관찰한 시냅스 크기는 여러 개 픽셀에 불과하지만 실제상 시냅스 내부의 분자구조는 매우 복잡하고 정밀하다. 연구팀은 주로 냉동전자현미경 3차원 재구성 마이크로 토모그래피, 대량신속처리 뇌 3차원 광학적 마이크로 이미징, 높은 시공간 정밀도 전기생리학적 및 전기화학적 검사 그리고 지능 컴퓨팅 등 기술의 개발 및 응용을 통해 뇌신경계 정밀구조 및 활동 관련 대량 데이터 정보를 획득 및 분석하여 신경계의 정보처리 메커니즘 및 원리를 규명했다. 해당 기본 성과는 차세대 인공지능 및 뇌질환 진료 기술의 발전을 이끌 전망이다. 연구팀은 최초로 냉동전자현미경을 이용해 완전한 신경 시냅스의 3차원 구조를 해석함과 아울러 중추신경계 중의 2종 가장 주요한 시냅스인 흥분성 및 억제성 시냅스의 정밀한 구분 및 구조 특징의 정량화 분석을 달성했다. 이를 토대로 연구팀은 오버샘플링(Oversampling) 및 자동분류 기반의 냉동전자현미경 3차원 토모그래피에 의한 서브 영역(Sub-region) 이미지 처리 방법을 개발하여 세포 3차원 재구성 토모그래피 중의 표지 및 템플릿에 의존하지 않는 단백질 자동식별 및 3차원 재구성 분석을 달성했다. 해당 방법을 기반으로 연구팀은 억제성 신경 시냅스 내부 수용체의 자동화 식별을 달성함과 아울러 3차원 구조를 해석했다. 동 연구는 최초로 냉동전자현미경 토모그래피 기술을 이용해 수용체 단백질에 대한 위치지정 연구 분석을 수행함으로써 수용체 분자 등 단백질의 원위치 고해상도 해석 및 관련 약물의 작용 메커니즘과 개발 연구에 기반을 마련했다. 정보출처 : https://www.cas.cn/cm/202011/t20201110_4766011.shtml |
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