개요
두뇌는 의사소통이 불가능하다면 아무 것도 아닙니다. 뉴런은 이 대화 기관의 수다쟁이 상자이며, 신경전달물질이라고 불리는 화학적 메신저를 사용하여 전기 펄스를 교환함으로써 서로 대화합니다. 이 과정을 초당 수십억 번 반복함으로써 뇌는 화학 물질 클러스터를 조화로운 행동, 기억 및 생각으로 전환합니다.
연구자들은 화학적 대화를 도청하여 뇌가 어떻게 작동하는지 연구합니다. 그러나 뉴런은 너무 크고 자주 말하므로 다른 조용한 목소리가 있으면 듣기 어려울 수 있습니다.
20세기 대부분의 기간 동안 신경과학자들은 뉴런이 전기 신호를 전파하는 유일한 뇌 세포라는 데 대체로 동의했습니다. 신경교라고 불리는 다른 모든 뇌 세포는 순전히 지지적인 역할을 하는 것으로 생각되었습니다. 그러다가 1990년에 이상한 현상이 나타났습니다. 관찰 신경교세포의 아형인 성상교세포는 전기적 활동을 생성하는 주요 신경전달물질인 글루타메이트에 반응합니다.
그 후 수십 년 동안 연구팀은 상충되는 증거를 제시했는데, 일부는 성상교세포가 신호를 보낸다고 보고하고 다른 일부는 전혀 그렇지 않다고 반박했습니다. 회의와 회의에서 불일치가 발생했습니다. 리뷰 시간 내에 리뷰 증거의. 양측은 화해할 수 없는 것처럼 보였다.
새 종이 출판 자연 XNUMX월에 Andrea Volterra가 공동으로 이끄는 팀이 스위스 제네바에 있는 Wyss 생명 및 신경 공학 센터의 교수진을 방문하여 XNUMX년에 걸쳐 수집한 성상교세포가 신호를 보낼 수 있다는 최고의 증거를 제시했습니다. 이 연구에는 성상교세포에서 흘러나오는 글루타메이트의 이미지와 글루타메이트성 성상교세포라고 불리는 이 세포가 뉴런과 마찬가지로 글루타메이트를 사용하는 세포 기구를 가지고 있음을 시사하는 유전적 데이터라는 두 가지 핵심 증거가 포함되어 있습니다.
이 논문은 또한 수십 년간의 모순된 연구 결과를 설명하는 데 도움이 됩니다. 일부 성상세포만이 이 신호를 수행할 수 있기 때문에 어떤 의미에서는 양측의 논쟁이 옳습니다. 연구자의 결과는 샘플링한 성상세포에 따라 달라집니다.
"이 연구는 두 데이터가 왜 거기에 있고 충돌하는지에 대한 설명을 제공하기 때문에 매우 멋지다"라고 성상 세포 신호를 연구하고 새로운 작업에는 참여하지 않은 터프츠 대학의 신경 과학 교수인 크리스토퍼 덜라(Christopher Dulla)는 말했습니다. “나는 그것을 사는 경향이 있습니다.”
이번 발견은 일부 성상교세포가 뇌 회로의 필수적인 부분을 형성할 가능성을 열어줍니다. Volterra는 “우리는 점점 더 모든 세포 유형이 뇌 기능에 참여하고 있다는 생각을 갖게 되었습니다.”라고 말했습니다. "이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 통합되어 있습니다."
소통하는 웹
성상교세포와 같이 뉴런이 아닌 모든 뇌 세포에 대한 포괄적인 이름인 "글리아"("접착제"를 의미하는 그리스어)는 주요 목적이 뉴런을 함께 묶는 것이라는 과학자들의 초기 견해를 전달합니다. 그러나 1865년 성상교세포에 대한 첫 번째 설명 이후 연구자들은 다음과 같은 사실을 발견했습니다. 그들은 훨씬 더 많은 일을 할 수 있다. 우선, 그들은 뉴런 주변 공간에서 과도한 신경 전달 물질을 감지하고 청소하는 데 사용하는 글루타메이트 수용체를 가지고 있습니다.
덜 명확한 것은 글루타메이트를 사용하여 스스로 전기 신호를 생성할 수 있는지 여부입니다. 1994년에 연구자들은 자극된 성상교세포 접시에 담아 근처의 뉴런이 신호를 보낼 준비를 하면서 반응하는 것처럼 보였습니다. 그리고 1997년에 볼테라와 그의 동료들은 반대를 관찰했다: 쥐의 성상교세포는 신호분자 칼슘의 진동파로 뉴런의 신호에 응답했습니다. 2000년부터 2012년까지 연구자들은 성상교세포의 시냅스를 통한 의사소통 능력에 대한 증거를 보고하는 100개 이상의 논문을 발표했습니다.
그러나 다른 사람들은 그 증거가 어떻게 수집되고 해석되었는지 의문을 제기했습니다. 예를 들어, 2014년에 연구자들은 발견 핵심 마우스 모델에 결함이 있어 해당 마우스를 사용한 이전 연구에 대한 의문이 제기되었습니다.
그러는 동안 성상교세포에 대한 견해가 진화하고 있었고 과학자들은 성상교세포를 뇌의 정보 처리에 적극적으로 참여하는 역할로 간주하기 시작했습니다. 뉴런과 그 가지 모양의 수상돌기는 흔히 나무로 묘사되지만, 성상교세포는 곰팡이에 더 가깝고, 뇌를 덮고 뇌의 구성 부분 간에 정보를 공유하는 촘촘하게 짜여진 매트를 형성합니다. 이러한 방식으로 성상교세포는 신경 활동에 영향을 미치는 조화로운 웹을 형성하는 것으로 보입니다. 예를 들어, 2016년에 캘리포니아 대학교 샌프란시스코에서 신경과학 연구를 진행하던 중 Kira Poskanzer는 발견 쥐의 성상교세포는 글루타메이트를 조절함으로써 인근 뉴런이 리드미컬한 수면 상태에 들어가도록 유도할 수 있습니다.
현재 생명공학 스타트업인 아카디아 사이언스(Arcadia Science)의 포스칸저(Poskanzer)는 “이는 개별 세포가 자신의 일을 하는 것이 아니라 함께 일하는 전체 세포 팀의 일부에 가깝다”고 말했습니다.
그러나 글루타메이트를 제거하는 것과 실제로 신호를 생성하는 것에는 차이가 있습니다. Volterra는 일부 성상교세포가 후자를 수행할 수 있다고 믿었습니다. 그러나 이를 증명하기 위해 그는 성상교세포가 신호를 보낼 수 있고 적절하고 의미 있는 방식으로 신호를 보낼 수 있는 올바른 도구를 가지고 있다는 증거가 필요했습니다.
새로운 종류의 뇌세포
Volterra는 뇌 연구에 대한 새로운 접근 방식인 단일 세포 RNA 시퀀싱을 활용했습니다. 이는 조직 전체의 개별 세포에서 활성화된 전체 유전자 세트의 스냅샷을 찍습니다. 그는 마우스 해마 세포의 XNUMX개 데이터베이스를 조사하여 유전자 활동으로 구별되는 XNUMX개의 성상교세포 클러스터를 확인했습니다. 클러스터 중 하나에 있는 성상세포는 뉴런에서 발생하는 것처럼 소포를 사용하여 신경전달물질 저장, 방출 및 운반에 관여하는 것으로 알려진 단백질을 전사했습니다. 세포는 뇌 영역이나 특정 회로 전체에 고르게 분포되지 않았습니다.
사람들이 이러한 세포를 가지고 있는지 확인하기 위해 Volterra와 그의 팀은 쥐의 성상교세포에서 본 것과 동일한 단백질 특징을 찾기 위해 인간 해마 세포의 세 가지 데이터베이스를 검색했습니다. 서명은 세 가지 데이터 세트 모두에 나타났습니다.
하지만 그 유전 데이터는 여전히 간접적인 증거였습니다. Volterra는 신호가 실제로 작동하는 모습을 보여줘야 했습니다. 그와 그의 팀은 쥐의 뇌 조각에 있는 성상교세포에 대한 신경 신호를 시뮬레이션하고 성상교세포에서 방출되는 분자의 이미지를 촬영했습니다. 전부는 아니지만 일부 성상교세포는 글루타메이트에 반응했습니다. 그리고 연구자들이 성상교세포가 소포를 사용하는 것을 막았을 때, 세포는 더 이상 글루타메이트를 방출할 수 없었습니다.
볼테라에게 증거는 분명했습니다. “우리가 옳았습니다. 글루타메이트를 방출하는 성상교세포가 있다”고 그는 말했다. "그러나 우리는 또한 모든 성상교세포가 글루타메이트를 방출한다고 생각했기 때문에 틀렸습니다."
연구에 참여하지 않은 유니버시티 칼리지 런던(University College London)의 신경과학 교수인 드미트리 루사코프(Dmitri Rusakov)는 이번 발견이 뇌가 의사소통하는 방식에 대한 현재의 이해를 거의 확실히 뒤집었다고 말했습니다. 그러나 어떤 방식으로 공개 질문이 있습니까?
성상교세포가 신호를 보낼 수 있다는 것을 아는 것은 첫 번째 단계일 뿐입니다. 그 사실은 시냅스가 성상교세포 글루타메이트에 어떻게 반응하는지에 대한 답을 제공하지 않습니다. 어떤 기능이 뉴런 대신 또는 뉴런에 추가로 성상교세포 신호를 요구하는지 밝히지 않습니다. 이는 뇌의 일부 영역이 다른 영역보다 글루타메이트성 성상교세포를 더 많이 가지고 있는 이유 또는 하위 집합이 이 기능을 사용하는 반면 나머지 영역은 사용하지 않는 이유를 설명하지 않습니다.
대신, 모든 새로운 발견과 마찬가지로 과학이 답해야 할 새로운 질문을 제시합니다.
“우리는 상당한 양의 증거를 갖고 있습니다.”라고 Rusakov는 말했습니다. "이제 모든 것을 하나로 묶는 이론이 필요합니다."
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- 출처: https://www.quantamagazine.org/these-cells-spark-electricity-in-the-brain-theyre-not-neurons-20231018/
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