뇌가 발달하는 과정에서 신경세포의 DNA가 손상됐다가 복구되는 과정이 일상적으로 일어난다는 사실이 밝혀졌다.

일본 교토대학교 통합 세포-물질 과학 연구소(WPI-iCeMS) 등이 참여한 공동 연구팀은 뇌 피질이 형성될 때 신경세포가 이동하면서 DNA 이중나선 절단이 발생하며, 뇌의 자체 복구 시스템이 이를 신속하게 해결한다는 연구 결과를 17일(현지시간) 국제학술지 '네이처'에 발표했다.

연구팀에 따르면 새로 생성된 신경세포는 뇌 피질의 특정 영역에 도달해 신경 회로를 형성하기 위해 다른 세포와 조직 섬유 사이의 좁고 붐비는 공간을 비집고 나아가야 한다.

이 과정에서 발생하는 기계적 스트레스로 인해 신경세포의 DNA가 손상된다. 연구팀은 '토포이소머레이스 IIβ'라는 효소가 DNA 가닥을 자른 뒤 다시 연결하는 과정에서 기계적 스트레스로 인해 오류가 발생하며 DNA가 완전히 절단되는 것을 확인했다.

하지만 뇌는 '비상동 말단 연결'이라는 복구 시스템을 통해 손상된 DNA를 24시간 내에 대부분 복구했다. 특히 손상은 유전 정보가 없는 비부호화 영역에서 주로 발생해 세포 기능에는 영향을 미치지 않았다.

연구팀은 뇌 조직의 좁은 공간을 모방한 미세 통로에 신경세포를 통과시키는 실험을 통해 이 과정을 직접 관찰했다.

연구팀이 유전자를 조작해 DNA 복구 효소(리가아제4)가 없는 쥐를 만들자, 이 쥐들은 성장 후 미세한 균형 장애를 보였다. 이는 DNA 복구 시스템의 실패가 인간의 신경 질환과 유사한 증상을 유발할 수 있음을 시사한다.

미네코 켄가쿠 교토대 교수는 "모든 신경세포는 동일한 DNA에서 시작하지만, 손상과 복구 과정에서 개별 뉴런 간에 미세한 유전적 차이가 발생할 수 있다"며 "이번 연구는 신경 발달 및 퇴행성 질환을 이해하는 새로운 관점을 제시한다"고 말했다.