스웨덴의 카롤린스카 연구소(Karolinska Institutet, KI)와 ‘KTH(KTH Royal Institute of Technology)’는 분자 조직에 따라 뇌 조직을 영역에 매핑하는 브레인 아틀라스(Brain Atlas, 뇌지도 정합)를 개발했다.

이 연구는 과학저널 ‘Science Advances’에 발표됐다. 현재 인간과 포유류의 뇌를 설명하는 데 사용되는 많은 매핑(mapping)은 뉴런과 그 경로가 구성되는 방식 또는 가장 일반적인 신경전달물질이 어떻게 분포되어 있는지에 대한 눈에 띄는 차이를 기반으로 한다.

연구 주저자 KI 신경 과학과 콘스탄티노스 멜레티스(Konstantinos Meletis) 박사는 “이 방식은 실험 계획 및 해석에서 신경 과학에 귀중한 것이었지만, 다른 종류의 정의를 사용하는 다른 전문가들에 의해 개발되면서 논쟁의 여지가 있다”고 말했다.

이 연구는 이제 데이터와 사실을 바탕으로 뇌 매핑을 정의하는 보다 독립적 방법이 있는지를 조사했다. 성인 마우스의 뇌를 사용하는 이 연구는 KI의 멜레티스 박사 그룹과 KTH / SciLifeLab(SciLifeLab Life Lab)의 요아킴 룬데버그(Joakim Lundeberg) 교수 사이의 공동 프로젝트의 결과다.

멜레티스 박사는 “이러한 맵핑을 달성하기 위해 공간적 전사체(spatial transcriptomics)라는 방법을 사용해 세포의 정체성과 기능을 코딩하는 분자를 포착할 수 있게 됐다”고 설명했다.

RNA 분자를 추출하는 방법은 KTH 룬데버그 교수에 의해 공동 개발, 뇌 조직에서 분자의 정확한 위치를 식별하는 데 사용된다. RNA(리보 핵산)는 유전자와 그들이 코딩하는 단백질 사이의 메신저 역할을 한다. 마우스 뇌의 작은 크기에도 불구하고 거의 3년 동안 진행된 총 3만5,000개의 서로 다른 측정 지점에 대한 대규모 매핑이다.

이 매핑을 통해 연구자들은 다양한 영역에서 활성화 된 1만5,000 개 이상의 유전자에 대한 데이터를 사용해 마우스 뇌 전체의 가상 3D지도 책을 재현할 수 있었다. 질병을 식별하는 데 사용할 수 있다. 이 연구는 이전의 신경 해부학적 지식과 경험없이 상세한 아틀라스를 구축할 수 있음을 보여준다. 이를 통해 뇌 영역을 완전히 데이터 중심으로 정의할 수 있어 연구자들이 연구를 비교하고 다른 종의 뇌를 매핑할 수 있는 기반을 제공한다.

이 방법은 또한 과학자가 특정 질병과 관련된 뇌의 분자 변화를 식별할 수 있도록 인간 뇌를 매핑하는 데 적합하다. 멜레티스 박사는 “뇌의 여러 종류의 불균형이 정신적 또는 신경학적 질병으로 이어질 수 있다는 것을 알고있다. 새로운 치료법을 찾기위한 노력에서 뇌 영역 간의 분자적 차이와 이들이 신경 기능에 어떻게 영향을 미치는 지에 대한 사전 지식이 필수”라고 말했다.

또한 룬드버그 교수 및 HDCA(Human Developmental Cell Atlas)에 의해 수행되는 연구는 동일한 분자 원리을 기반으로 인간 두뇌가 발달하는 방법을 이해하기위한 연구가 진행되고 있다.

룬드버그 교수는 “뇌나 분자의 기능에 대한 지식이 없어도 분자 프로파일만 캡처함으로써 뇌의 해부학적 구조를 자세하게 재현할 수 있다는 것이 놀랍다”고 말했다.

*Ortiz, C., et al. (2020) Molecular atlas of the adult mouse brain. Science Advances. doi.org/ 10.1126/sciadv.abb3446.