Eric R. Kandel
(미국 신경생물학자, 1929~)
............. 뇌에서 기억 작용이 일어날 때 뇌의 신경세포들에 어떤 변화가 일어나는지, 인간의 기억과 학습이 어떻게 가능한지를 밝혀낸 공로로 캔들은 폴 그린가드, 아비드 칼슨과 노벨 생리학·의학상(2000)을 공동 수상했다 ..........
에릭 캔들은 1929년 오스트리아 빈에서 태어나 가족을 따라 나치 지배하의 조국을 등지고 1939년 미국으로 이주했다. 하버드대학교에서 역사와 문학을 공부한 그는 궁색한 가정형편 속에서도 학업을 계속해 1956년 뉴욕대학교 의과대학에서 의학박사 학위를 취득한 후 국립정신보건연구소에서 포유동물의 뇌 신경생리를 연구하기 시작했다. 1965년부터 모교인 뉴욕대학교 의과대학의 생리학·정신의학 부교수로 일하다 1974년 컬럼비아대학교로 자리를 옮겼다.
1975년 그는 대학 당국과 함께 인간 행동의 생물학적 기반에 대한 통합적 연구를 수행할 신경생물학·행동센터를 설립해 그 책임을 맡았다. 해부학과·세포신경학과·병리학과·약리학과·생리학과·세포생물물리학과·정신의학과에서 임명된 이 센터의 연구진은 인간의 행동·지각·학습 작용의 세포적·분자적 기반을 이해하기 위한 학제간 연구를 수행했다.
캔들과 그의 연구진들은 인간의 기억 작용의 원리를 밝히기 위해 바다 민달팽이류에 속하는 아플리시아(Aplysia)를 연구했다. 처음에 포유동물을 연구하다 포유동물을 대상으로 기억·학습 작용과 같은 복잡한 과정을 이해하기란 쉬운 일이 아님을 깨달은 그였으므로 신경세포가 크고 수도 적은 아플리시아를 실험 모델로 선택한 것이었다. 아플리시아는 척추동물에 비해 신경구조와 행동이 일어나는 경로가 단순하므로, 특정한 화학적 신호에 대한 반응으로 먼저 신경세포에 변화가 일어나고 이어 행동의 변화가 일어나는 신경계의 기본적 경로를 파악하기에 적당했다. 그의 실험은 기억·학습 작용의 기본적인 과정에 대한 이해뿐만 아니라 정신질환 치료제들의 세포내 작용 과정을 이해하는 데 중요한 연구였다.
캔들은 아플리시아의 꼬리에 전기적 충격을 가하고 그 반응을 관찰했다. 아플리시아는 외부로부터의 자극에 민감하게 반응했고 아주 미세한 자극에도 호흡관과 아가미를 몇 분 동안 계속 수축시키며 과민반응을 보였다. 전기적 충격을 몇 번 반복하면 아플리시아의 과민반응 상태는 며칠 동안이나 지속되었다. 이러한 실험 기법으로 캔들은 몇몇 기억의 분자들을 추적할 수 있었다. 1970년대 중반 그의 연구진은 아플리시아의 기억작용이 일어나기 위해서는 신경세포에 세로토닌 (serotonin) 이라는 신경전달물질이 필요하다는 것을 알아냈다. 세로토닌은 세포내부에서 화학적 신호를 전달하는 역할을 하는 사이클릭 AMP의 생산을 촉진시킨다. 사이클릭 AMP는 키나아제 A 단백질을 활성화시키고 활성화된 키나아제 A 단백질은 다른 단백질들의 성질을 변화시킨다. 이러한 연쇄 반응으로 신경세포들 사이의 전기적 연결이 강화된다. 그는 아플리시아가 이러한 연쇄반응 과정을 거쳐 전기적 자극에 과민반응을 나타낸다는 사실을 밝혀냈다.
1990년 그와 연구진은 아플리시아의 신경계에서 과민반응이 일어나는 원리가 단기 기억과 장기 기억이 일어나는 원리와 비슷하다는 것을 알아냈다. 실험 영역을 보다 복잡한 신경계를 가진 파리·쥐 등의 동물로 넓혀간 결과 아플리시아 실험에서 밝혀낸 학습·기억작용의 원리가 포유동물의 경우에도 적용된다는 것이 밝혀졌다. 그는 이러한 연구 성과를 바탕으로 인간의 기억작용을 촉진시킬 수 있는 새로운 약을 개발하기 위해 노력했다. 1998년말 쥐에게 로리프램 (rolipram) 이라는 물질을 투여한 결과 이 물질이 쥐의 신경세포에서 기억작용을 촉진시킨다는 결론을 얻은 그는 이를 토대로 인간의 기억능력을 촉진시킬 신약의 개발을 진행 중이다.
그의 연구는 학습·기억 작용이 일어날 때 신경세포에 어떤 변화가 일어나는지를 세포적·분자적 측면에서 분석해냄으로써 치매·기억상실 등의 질환을 규명하고 치료할 수 있는 신약 개발의 가능성을 열었다는 점에서 큰 의의를 갖는다. 또한 그의 연구는 과학적인 분석이 어려운 것으로 여겨져 온 '기억' 작용의 원리를 보다 구체적으로 이해하는 단초가 되었고, 사람의 단기 기억과 장기 기억이 일어나는 분자적 메커니즘의 차이를 해명했다. 그러나 복잡한 인간 뇌의 기능과 원리를 밝혀내려는 노력은 아직 시작단계에 불과하다. ........... (BRITANNICA 노벨상)
term :
생리학 (Physiology) 기억 (Memory) 학습 (Learning) 단기기억 (Short Term Memory) 장기기억 (Long Term Memory) 신경전달물질 (Neurotransmitter) 두뇌 (brain)
site :
Eric R. Kandel : HHMI
paper :
Principles of Neural Science. Elsevier/North-Holland, Amsterdam, London, New York, third edition. 1991
미국 콜럼비아 대학의 Eric R. Kandel 박사를 비롯한 연구팀은 유전자를 조작한 생쥐에 화학물질을 투여함으로써 기억력을 조절하는데 성공하여 그 연구결과를 3월 9일자 Cell 에 발표하였다. 이 생쥐는 약을 투여하는 동안에는 다른 생쥐들보다 더 우수한 기억력을 보여주지만 약을 제거하면 정상적인 상태로 되돌아간다. 이 연구결과는 뇌에서 정보를 저장하는 교묘한 조절 메커니즘에 대한 이해를 높여줄 뿐만 아니라 궁극적으로는 기억력을 증진시키는 약의 개발을 가능하게 할지도 모른다.
Kandel 박사의 연구팀은 칼시뉴린 (calcineurin) 이라는 효소의 억제제를 생산하는 유전자를 생쥐에 주입하여 유전자조작 생쥐를 만들었다. 그리고 생쥐에 주입된 칼시뉴린 유전자는 독시사이클린 (doxycycline) 이라는 항생제에 의해 형질발현이 유도되도록 하였다. 칼시뉴린은 뇌의 주기억장치인 해마상 융기 부위에서 PKA라는 다른 효소에 대해 반대 작용을 하고 있다. PKA는 다른 효소에 인산기를 부착함으로써 과정인 LTP (long-term potentiation) 를 촉진하고 칼시뉴린은 반대로 인산기를 제거함으로써 LTP를 억제하고 있는 것이다. LTP는 신경세포 사이의 연결을 강화시킴으로써 정보를 저장하는 과정이다. 그들은 이전 연구에서는 칼시뉴린을 과량으로 만들어내는 유전자조작 생쥐를 만들어 칼시뉴린의 활성이 지나치게 높아지면 LTP가 억제되어 기억력이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
그들은 이번 실험에서 만든 유전자조작 생쥐에 대해 먼저 독시사이클린을 투여하고 해마상 융기에 대한 생화학적인 실험과 전기생리학적인 실험을 수행하여 LTP가 강화된 것을 확인할 수 있었다. 다음으로 행동학적인 연구를 통해 생쥐의 기억력에 대한 실험을 수행하였다. 그 결과 독시사이클린으로 칼시뉴린 억제제를 발현시킨 생쥐는 정상 생쥐에 비해 더욱 향상된 기억 능력을 보여주었으며 독시사이클린을 제거한 생쥐는 기억력이 정상적인 생쥐와 같은 상태로 회복되었다.
뿐만 아니라 유전자조작 생쥐는 시각, 후각 등의 감각이 정상적이고 운동능력 또한 문제가 없어 유전자조작이 뇌의 다른 기능에 영향을 주지는 않았던 것으로 보인다. 이러한 연구결과는 정보의 저장은 단지 일방적인 과정이 아니라 활성화와 억제의 균형이 중요함을 보여준다. ........... (기억력을 높여주는 스위치)