인간 유전자 한 개를 쥐에게 주입, 쥐 똑똑해지고 불안증 줄어들어

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-06-07 11:55:30
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* 인간은 신체 크기에 비해 비정상적으로 큰 뇌 갖고 있다.
* 인간 특이적 유전자 ARHGAP11B, 배아에서 뉴런 전구 세포가 증가하도록 자극한다.
* 이 유전자를 쥐, 흰족제비 원숭이 등에 도입하면 뉴런 커진다.
* ARHGAP11B에 의해 야기된 신피질의 확대가 실제로 더 나은 인지 능력으로 이어짐을 확인

인간 유전자는 쥐를 더 똑똑하게 만든다.
유전자는 대뇌 피질 성장과 기억 유연성을 촉진한다.


뇌를 위한 터보 :
연구자들이 단 하나의 인간 유전자를 도입해 생쥐에게 더 높은 수준의 지능과 더 큰 뇌를 제공했다. 행동 테스트에서 동물들은 더 유연한 기억을 보였고 덜 불안했다. 동시에, 그들의 대뇌 피질은 훨씬 더 두꺼워졌다. 대뇌 피질은 더 높은 정신 기능을 제어하는 부분이다. 이것은 이 인간 특유의 유전자가 우리 조상의 영적 발달에 중요한 역할을 했음을 시사한다. 

▲ 연구 개요. 트랜스 제닉 마우스에서, 인간 특이적 ARHGAP11B의 생리적 발현에 의해 유도된 신피질 확장 및 증가된 뉴런 수는 성장기까지 지속된다. 성인 ARHGAP11B- 트랜스 제닉 마우스는 증가된 기억 유연성 및 감소된 불안을 나타낸다. (출처: 관련논문 Expression of human-specific ARHGAP11B in mice leads to neocortex expansion and increased memory flexibility)

우리 인간은 신체와 관련해 비정상적으로 큰 뇌를 가지고 있다.
특히 대뇌 피질, 특히 네오코르텍스(Neocortex, 신피질)는 가장 가까운 동물 영장류 중에서도 인간에게 두드러지게 발달돼 있다. 따라서 사고 기관에 더 나은 에너지 공급과 함께 대뇌 피질과 소뇌의 부피가 증가하는 것이 우리 지능의 기초다. 이것은 이 전형적인 인간 두뇌가 어떻게 생겨났는지에 대한 의문을 갖게 한다.

유전자 변이가 뉴런 형성을 촉진

과학자들은 수백만 년 동안만 활성화된 일부 유전자 변이가 조상의 뇌를 더 크게 만드는 데 기여했다고 오랫동안 의심해 왔다. 이러한 변종 중 하나는 인간 특이적 유전자 ARHGAP11B로, 배아에서 뉴런 전구 세포가 증가하도록 자극한다. 이 유전자가 마우스, 흰 족제비 또는 원숭이의 배아에 도입되면 뇌도 더 커지고 뉴런이 풍부해진다.

지금까지 이 두뇌 성장이 성장기까지 계속될 것인지 그리고 이것이 이 유전자의 운반자에게 더 높은 수준의 지능을 제공하는지 불분명했다. 드레스덴에 있는 막스 플랑크 분자 세포 생물학 및 유전학 연구소의 레이 싱(Lei Xing)과 동료들은 최근 이것을 더 자세히 조사했다.
그들은 ARHGAP11B 유전자를 마우스 배아로 삽입해 이것이 발달하는 뇌의 뉴런의 양과 수에 어떻게 영향을 미치는지 관찰했다.

더 큰 신피질과 더 많은 회색 세포

사실, 인간 유전자를 가진 쥐는 영구적으로 더 두껍고 더 큰 신피질을 발달시켰다.
연구자들은 특히 대뇌 피질의 최상층에서 뉴런이 증가했다고 보고했다. 다음 단계에서 Xing과 그의 팀은 이 마우스의 지능을 테스트했다. 이를 위해 그들은 다양한 유형의 학습과 기억을 요구하는 몇 가지 행동 테스트를 동물에게 보냈다.

여기에는 공간 기억에 대한 고전적인 미로 테스트뿐만 아니라 불안과 정신적 유연성 테스트도 포함됐다. 후자의 경우 마우스는 시간이 지남에 따라 다른 음료수병에 대한 접근이 어떻게 변하는지에 따라 패턴을 배워야 했다.
"이 테스트는 주로 해마보다는 신피질에 더 많은 기반을 둔 장기 기억을 테스트 한다"고 연구원들은 설명했다.

▲ 정상 마우스(왼쪽)와 인간 유전자가 있는 11B 마우스의 신피질 크기 차이.

© Xing et al./ EMBO Journal, CC-by-nc-nd 4.0


정신적으로 더 유연하고 덜 불안 함

결과 :
"우리는 더 큰 뇌를 가진 ARHGAP11B 쥐가 야생형 쥐보다 물병을 찾을 때 실수가 적다는 것을 발견했다”고 Xing은 보고했다. "이것은 11B 마우스가 더 유연하고 새로운 조건과 규칙에 더 잘 적응할 수 있음을 나타낸다.“
이 쥐에게서 공간 학습 자체는 거의 변경되지 않았지만 대뇌 피질에서 학습된 내용의 처리는 분명히 최적화되었다.

동시에 11B 생쥐는 일반적인 동종 생쥐보다 덜 불안했다.
“야생형 생쥐는 더 무서웠고 테스트 시설의 밝은 조명 중앙에서 가능한 한 빨리 보호 가장자리 구역으로 들어가려고 했다. ARHGAP11B 생쥐는 더 편안하고 더 오래 중앙에 머물렀다”고 Xing이 보고했다.

조상을 위한 결정적인 이점

연구자들에 따르면 이것은 인간 특이적 유전자 변이 ARHGAP11B가 뇌 발달과 인지 능력에 결정적인 영향을 미친다는 것을 증명한다. 약 5백만 년 전에 개발됐기 때문에 인간의 혈통이 침팬지의 혈통과 분리된 후, 우리 조상이 영장류 친척과 점점 더 인지적으로 다른 데 기여할 수 있었다.

"우리의 연구는 ARHGAP11B에 의해 야기 된 신피질의 확대가 실제로 더 나은 인지 능력으로 이어진다는 것을 시사한다. 이것은 인간 진화에서 이 인간 특정 유전자의 역할에 대한 중요한 단서를 제공한다"고 Xing의 동료 비란드 후트너(Wieland Huttner)는 말했다.
(EMBO 저널, 2021; doi : 10.15252 / embj. 2020107093)
출처 : Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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