코카인 단일 노출, 뇌 유전체 구조 2주간 변형시켜
단 한 번의 코카인 노출이 쥐의 뇌 보상 회로(도파민 신경세포) 내 유전체 구조를 최소 2주 이상 지속되도록 변형한다는 연구 결과가 발표되었습니다. 이러한 '조용한 손상'은 겉보기엔 정상인 상태에서 뇌를 재사용 시 더 강력한 중독 반응을 일으킬 수 있는 취약성 상태로 만듭니다. 이 발견은 특정 개인만 중독에 빠지는 근본 원리를 규명하고 향후 인간 중독 치료법을 개발하는 데 중요한 단서를 제공합니다.
화요일에 열리는 유럽신경과학회연합(FENS) 포럼 2026에서 발표될 연구에 따르면, 단 한 번의 코카인 노출만으로도 쥐의 뇌에 최소 2주, 어쩌면 그 이상 지속되는 변화가 발생합니다. 전 세계적으로 약 2천5백만 명이 사용하는 인기 약물인 코카인이 뇌 보상 시스템의 세포인 도파민 신경세포(dopaminergic neurons) 내부의 유전체를 재구성할 수 있다는 결과입니다. 이번 발견은 중독을 유발하는 메커니즘을 밝히는 데 도움을 줄 수 있으며, 잠재적으로 인간을 위한 치료법 개발에 중요한 정보를 제공할 수 있습니다.
사람들은 코카인을 처음 시도할 때 중독될 수 있지만, 중독이 발병하는 것은 반복적인 노출이 있은 후가 훨씬 흔합니다. 수십 년간의 연구를 통해 코카인에 의해 활성화되는 많은 신경화학적 경로가 밝혀졌지만, 뇌에 대한 파괴적인 영향, 즉 신경세포 내부의 유전체에 미치는 뇌 '손상(insults)'에 대해서는 훨씬 덜 알려져 있습니다.
존스홉킨스 대학교의 생물학 교수 겸 막스 델브뤽 분자의학센터의 객원 그룹 리더인 아나 폼보(Ana Pombo) 박사는 404 미디어와의 통화에서 다음과 같이 말했습니다. "우리는 본질적으로 도파민 신경세포에서 명확히 밝혀지지 않은 미지의 현상이 일어나고 있다는 것을 알고 있었습니다." 유럽 최대의 신경과학 회의인 FENS에서 화요일 본인의 팀 연구를 발표한 폼보 박사는 이렇게 덧붙였습니다. "우리는 실제로 (노출에 대한) 장기적인 기억이 있는지 알고 싶었고, 이는 연구된 바가 없었습니다. 첫 노출 이후 2주 뒤를 관찰한 데이터는 우리가 아는 한 거의 없었습니다. 우리의 실험 설계는 어둠 속의 마구 쏘기(무작위적 시도) 같았습니다."
거의 모든 세포와 마찬가지로 신경세포에는 유전체의 사본이 포함되어 있는데, 이는 복잡한 구조로 접히는 각 유기체에 고유한 유전자 서열입니다. 코카인이 유전체 구조에 미치는 영향을 관찰하기 위해 폼보 박사와 동료들은 코카인에 노출된 쥐의 신경세포를 노출되지 않은 통제군 쥐와 비교하여 연구했습니다. 팀은 게놈 구조 매핑(Genome architecture mapping)이라는 접근 방식을 사용했는데, 이는 유전체의 일부가 서로 가까이 있거나 접촉하는 위치를 식별하여 전체 구조의 변화에 대한 중요한 정보를 포착하는 기술입니다.
24시간 후, 코카인에 노출된 쥐의 유전체는 통제군과 비교하여 여러 가지 변화를 보였습니다. 더욱 의미 있는 점은, 이러한 변화 중 일부가 2주 후에도 여전히 존재했다는 것입니다. 이 실험은 단 한 번의 코카인 노출만으로도 유전체에 장기적인 손상을 각인시키기에 충분하며, 이것이 두 번째 노출 시 약물에 대한 더 강한 중독 반응을 보일 수 있도록 뇌를 준비(프라이밍)시킬 수 있음을 시사합니다.
폼보 박사는 "이것은 유전체가 변형되는 조용한 손상과 같을 것입니다. 모든 것이 정상으로 보이고, 쥐나 동물이 일상생활을 하고 있지만, 또 다른 노출이 발생하면 훨씬 더 심각한 결과를 초래할 것입니다."라고 말했습니다.
이 실험은 게놈 수준에서 뇌에 미치는 코카인의 영향을 폭로했지만, 이러한 변화가 얼마나 오래 지속되며 개인과 종 간에 어떻게 다른지와 같은 다른 많은 의문을 제기합니다. 이를 위해 팀은 6개월 이상과 같은 더 긴 시간 규모와 다른 동물들을 대상으로 실험을 반복하기 위해 노력하고 있습니다.
"약간의 확률적 요소가 있을 것입니다."라고 폼보 박사는 말했습니다. "각 개인은 아마도 하루의 시간대, 진행 상황 또는 전날 일어난 일 등에 따라 약간 다르게 반응할 수 있습니다." 그녀는 계속해서 말했습니다. "우리가 기여할 수 있다고 믿는 큰 질문은 취약성을 진정으로 이해하고, 왜 어떤 개인은 중독되고 많은 사람은 그렇지 않은지 밝히려고 노력하는 것입니다. 코카인에 노출되는 많은 사람들이 중독되지 않습니다. 극히 일부만 그렇습니다. 왜 이런 일이 일어날까요?"
과학자들이 기저 메커니즘에 대해 더 많이 알게 될수록, 이 질문을 분석할 수 있으며 어쩌면 중독 치료를 돕기 위해 뇌에 가해진 손상을 되돌릴 방법을 찾을 수 있을 것입니다. 폼보 박사는 다음과 같이 결론지었습니다. "유전체의 어떤 부분이 변형되는지 살펴봄으로써, 우리는 그 변형을 유도하는 후보 메커니즘을 식별할 수 있습니다. 우리는 또한 가설을 세울 수 있습니다."