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Sep 14, 2023

아미노산 결핍은 주산기 쥐의 뇌 발달에 영향을 주어 소두증, 자폐증 행동을 유발합니다

출처: Kateryna Kon/Science Photo Library/Getty Images 쥐에 대한 연구

신용: Kateryna Kon/과학 사진 라이브러리/게티 이미지

오스트리아 과학기술연구소(ISTA) 연구진이 생쥐를 대상으로 한 연구에서 뇌 발달의 특정 단계에서 중요한 역할을 하는 아미노산 그룹이 확인되었습니다. 여러 비엔나 대학의 과학자들과 공동으로 Gaia Novarino 박사와 ISTA 팀은 이러한 아미노산이 부족한 신경 세포가 출생 후 심각한 영향을 미친다는 것을 입증했습니다. 영향을 받은 동물은 소두증(뇌 크기의 감소)이 발생하여 성인기까지 지속되어 결국 자폐 스펙트럼 장애(ASD)에서 관찰되는 것과 유사한 장기적인 행동 변화를 일으켰습니다.

연구원들은 "대형 중성 아미노산 수준이 주산기 신경 흥분성과 생존을 조정합니다"라는 제목의 논문인 Cell에 자신의 연구 결과를 보고했습니다. 적절한 뇌 발달을 보장하기 위해 신경 활동 조절과 관련된 유전자를 사용합니다. 제한적이지만 중요한 시간 동안 이러한 과정을 변경하면 영구적인 피질 회로 결함이 발생합니다."

뇌 발달은 주로 유전자에 의해 지시되는 일련의 조정된 단계로 구성됩니다. 이 단계에서는 뇌 신경 세포의 적절한 위치와 기능이 중요합니다. 기능하지 않거나 잘못 배치된 뉴런은 심각한 신경병리학적 결과를 초래할 수 있습니다.

이 프로그램을 조정하는 유전자의 돌연변이는 종종 신경발달 장애와 관련이 있습니다. 그러나 영양 부족이나 영양실조와 같은 스트레스 요인도 뇌 발달에 영향을 미칠 수 있지만, 뇌 발달 중 특정 영양소의 중요성과 신진대사의 역할에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 저자들은 "사실 뇌 발달 중에 전개되는 대사 프로그램과 이에 수반되는 특정 영양소 의존성에 대해 알려진 바가 거의 없습니다. 특정 영양소가 뇌 성숙에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 이해하는 것이 특정 신경 발달 상태를 예방하거나 교정하는 데 핵심이 될 수 있습니다."라고 썼습니다.

대사산물은 우리가 음식을 분해하고 몸에 연료를 공급할 때 만들어지거나 사용됩니다. 이러한 대사산물 중 한 세트인 대형 중성 아미노산(LNAA)이 과학자들의 눈길을 사로잡았습니다. 대부분의 LNAA는 신체가 스스로 합성할 수 없는 필수 아미노산이므로 음식을 통해 섭취해야 합니다. 그러나 팀은 "... 시간이 지남에 따라 뇌에서 이러한 아미노산(AA) 수준이 어떻게 변하는지, 그리고 그 양의 변동이 신경 발달 과정에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지는 아직 거의 알려지지 않았습니다."라고 말했습니다.

노바리노 그룹은 이전에 LNAA 수송체 LAT1을 암호화하는 SLC7A5라는 유전자의 유전적 결함으로 인해 환자가 LNAA를 뇌로 전달할 수 없을 때 발생하는 새로운 형태의 자폐증을 확인했습니다. 이 가능한 링크는 추가 조사에 대한 관심을 촉발했습니다. 제1저자이자 박사과정 학생인 Lisa Knaus는 “우리는 뇌 발달에서 아미노산의 역할에 큰 관심을 갖게 되었습니다.”라고 말했습니다.

연구팀은 다양한 발달 단계에 걸쳐 대뇌 피질의 대사 상태를 연구하기 위해 대사체 프로파일링을 수행했으며, 특정 발달 단계에서 전뇌가 "LNAA에 대한 의존도가 증가"하는 것을 발견했습니다. 크나우스는 뇌 발달 전반에 걸쳐 대사물질의 수준을 확인한 결과, 출생 후 신경발달 기간에 특히 중요해 보였다고 말했습니다.

그런 다음 연구자들은 쥐의 Slc7a5 유전자가 신경 세포에서 녹아웃된 쥐를 조작하고 이 동물을 건강한 쥐와 비교하여 유전적 고갈이 특징적인 특성의 변화를 가져오는지 평가했습니다. 그들은 배아 단계에서 Slc7a5 유전자가 녹아웃된 동물의 뇌 형성이 정상적인 것으로 나타났다는 것을 발견했습니다. 그러나 출생 직후, 이들 동물의 신경 세포는 낮은 수준의 LNAA에 의해 영향을 받기 시작했습니다. 이 기간 동안 돌연변이 쥐는 건강한 쥐에 비해 뇌의 바깥층인 피질의 두께가 감소하여 소두증이 발생했습니다.