장기 기억을 지키는 두 효소, 하나가 사라지면 다른 하나가 대신했다

기억이 오래 유지되려면 신경세포 사이 연결 강도가 지속되어야 한다. 이 현상을 장기강화, 즉 LTP라고 부른다. PKMζ라는 효소는 오랫동안 장기 LTP와 기억 유지의 핵심 후보였지만, 해당 유전자를 제거한 생쥐에서도 해마의 장기 기억이 정상처럼 보이면서 역할을 둘러싼 논쟁이 이어졌다.

eLife에 실린 미국 연구진의 연구는 다른 비정형 단백질 인산화효소인 PKCι/λ가 빈자리를 메운다는 가설을 시험했다. 성체 생쥐에서 PKMζ를 조건부로 줄이자 해마에서 PKCι/λ 발현과 활성 지표가 증가했다. 공간 과제를 훈련한 뒤에는 PKMζ가 대조군의 약 25%로 감소한 반면 PKCι/λ는 약 400% 수준으로 늘었다.

둘을 함께 없애자 오래가는 강화가 사라졌다

연구진은 한쪽 해마에서 PKCι/λ와 PKMζ를 함께 제거하고 반대쪽을 대조군으로 삼았다. PKMζ만 없는 대조 절편에서는 PKCι/λ 증가와 함께 최소 3시간 지속되는 후기 LTP가 나타났다. 두 효소가 모두 줄어든 절편에서는 강화가 1~2시간 뒤 사라졌고, 자극 강도를 높여도 3시간 뒤에는 기저 수준과 유의한 차이가 없었다.

행동 실험에서도 두 집단은 첫 훈련에서 회피 행동을 학습해 단기 기억을 형성했다. 그러나 두 효소가 모두 제거된 생쥐는 여러 날에 걸친 공간 회피 기억을 유지하지 못했다. 연구진은 각각 하나만 제거했을 때는 다른 효소가 보상하지만 둘을 함께 제거하면 장기 과정이 무너진다고 해석했다.

기억의 단일 스위치가 아니라 보완 체계

결과는 기억을 한 분자에만 맡기는 단순한 구조보다 서로 대체 가능한 분자 체계를 보여준다. 유전자 제거 뒤 생기는 보상 반응은 과거 실험들이 서로 다른 결론에 도달한 이유도 설명할 수 있다. 한 유전자를 태어날 때부터 없앤 실험과 성체에서 발현을 억제한 실험은 세포가 보상할 시간과 방식이 다르다.

eLife 평가는 이 연구의 유전학적 증거를 설득력 있다고 보면서도, 결과의 범위는 해마 LTP와 공간 회피 과제에 한정된다. 생쥐에서 특정 효소를 유전적으로 제거한 결과이므로 사람의 기억 장애나 약물 효과를 직접 예측하지는 못한다. 다음 단계는 다른 기억 유형과 뇌 영역에서도 같은 보완 관계가 작동하는지 확인하는 일이다.