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Hacker News • 36일 전

어린 시절 스트레스, 뇌 세포에 '흉터' 남긴다

IMP
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핵심 요약

워싱턴대와 프린스턴대 연구진이 초기 생활 스트레스가 뇌 세포 내 DNA 포장 방식(후성유전체)을 변화시켜 성인기 스트레스 취약성을 높이는 메커니즘을 밝혔다. SETD7 효소가 H3K4me1 태그를 추가해 DNA 구조를 열어두면 스트레스 반응 유전자가 쉽게 활성화된다. 동물 실험에서 SETD7를 차단하면 스트레스 과민 반응을 예방할 수 있어, 새로운 치료 표적이 될 가능성이 있다.

번역된 본문

어린 시절 심각한 스트레스를 겪으면 성인이 되어 어려움에 직면했을 때 불안, 우울증 및 기타 정서 장애에 더 취약해질 수 있다. 세인트루이스 워싱턴대 의과대학과 프린스턴대 연구진이 이제 삶의 초기에 받은 트라우마가 뇌에 지속적인 영향을 남기는 방식을 밝혀냈다.

과학자들은 이미 삶의 초기 스트레스가 뇌에서 유전자 활동을 변화시킨다는 사실을 알고 있었다. 새로운 연구에서 연구팀은 이것이 뇌 세포가 DNA를 포장하는 방식의 변화 때문이며, 이로 인해 뇌의 유전적 스트레스 반응이 쉽게 켜지는 상태가 되고 스트레스에 대한 내성이 줄어든다는 것을 발견했다. 이 연구는 8월 7일 Neuron지에 게재되었다.

“우리는 초기 생활 역경의 경험이 정신질환에 대한 장기적 취약성으로 이어지는 새로운 생물학적 과정을 밝혀냈다”고 워시유 의대 마취과 부교수이자 공동 교신저자인 메건 크리드 박사는 말했다. “이 발견은 발달 과정에서 겪은 트라우마가 뇌 세포 내부에 남기는 물리적 흉터를 보여주는 것으로, 과학자들에게 새로운 치료법과 개입을 개발할 수 있는 구체적인 생물학적 표적을 제공한다.”

스트레스는 유전자 '슬링키'를 늘인다

전 세계 어린이의 절반 이상이 학대, 폭력이나 약물 사용 같은 가정 기능 장애, 또는 그 외 외상적 경험으로 인해 초기 생활 스트레스에 노출되어 있다. 이러한 경험이 4개 이상 누적되면 성인기의 장기적 정신·신체 건강 문제 위험이 훨씬 높아질 수 있다.

연구진은 초기 발달기의 트라우마가 뇌를 어떻게 물리적으로 변화시켜 이후 삶에서 스트레스에 더 민감하게 만드는지 이해하고자 했다. 연구팀은 뇌의 복측 피개영역(ventral tegmental area)에 주목했다. 이곳에는 화학 전달 물질인 도파민을 생산하는 뇌 세포들이 있으며, 이 세포들은 보상과 역경을 포함해 환경에서 중요한 것들을 처리하는 역할을 한다. 이 뇌 세포들이 스트레스에 대한 반응으로 비정상적으로 활성화되면 뇌가 보상을 처리하는 방식이 붕괴되어 개인이 불안과 우울에 취약해진다.

연구진은 도파민 생산 뉴런 내의 후성유전체(epigenome)를 집중적으로 관찰했다. 후성유전체는 세포의 기계장치가 유전자를 켜고 끄도록 지시하는 분자 태그의 집합으로, 이것이 세포의 활동에 영향을 미친다.

세포 내부에서 DNA는 슬링키처럼 감겨 있다고 프린스턴 신경과학연구소 조교수이자 연구의 수석·공동 교신저자인 캐서린 젠슨 페냐 박사는 설명했다. DNA 코일은 히스톤 단백질에 감겨 있으며, 이 단백질이 코일이 얼마나 단단히 또는 느슨하게 감기는지 결정하는 데 도움을 준다. 유전자 슬링키가 압축되면 유전자는 꺼진다. DNA 슬링키가 늘어나고 열리면 유전자가 켜지기 쉽게 접근 가능해진다.

연구진은 일반적인 환경에서 자란 쥐에 비해 스트레스를 경험한 어린 쥐의 도파민 뉴런에서 SETD7이라는 효소가 더 풍부하다는 것을 발견했다. SETD7은 유전자 슬링키에 H3K4me1이라는 화학적 태그를 붙이는 데 도움을 주며, 이 태그는 풀리도록 구조를 표시해 세포가 환경에서 일어나는 모든 것에 더 반응성이 높아지게 만든다고 페냐는 설명했다.

연구진은 이후 스트레스 없이 자란 어린 쥐에서 인위적으로 SETD7을 증가시켰다. 초기 생활 스트레스가 없었음에도 이 쥐들은 도파민을 생산하는 뇌 세포에서 늘어나서 열린 DNA 구조를 가진 채 자랐으며, 스트레스에 반응하는 유전자가 켜지기 더 쉬워졌다. 이런 쥐들은 성체가 되어 스트레스에 대한 내성이 더 낮았다.

연구진이 발견한 바에 따르면, 어릴 때 SETD7 수치가 높았던 쥐는 성체가 되어 평생 정상적인 SETD7 수치를 유지한 쥐에 비해 더 반응성이 높은 도파민 뉴런과 더 불안한 행동을 보였다.

반대로 연구진이 초기 생활 스트레스 이후 SETD7 효소가 과도하게 H3K4me1 태그를 추가하는 것을 차단하자, 슬링키는 닫힌 상태로 유지되어 쥐가 이후 삶에서 스트레스에 과민해지는 것으로부터 보호되었다. 초기 생활 스트레스와 성인기 스트레스를 모두 겪었음에도 SETD7이 차단된 쥐는 [과민 반응 없이 더 회복력 있게 유지되었다].

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원문 보기 (영어)
Experiencing severe stress during childhood can make a person more vulnerable to anxiety, depression and other mood disorders when faced with hardships as an adult. Researchers at Washington University School of Medicine in St. Louis and Princeton University have now uncovered how trauma early in life can leave a lasting effect on the brain. Scientists already knew that stress early on in life changes the activity of genes in the brain. In a new study, the research team discovered that this is due to alterations in how brain cells package DNA, leaving the brain’s genetic stress response vulnerable to being turned on easily and reducing tolerance to stress. The study was published Aug. 7 in Neuron. “We have uncovered a new biological process linking experience of early-life adversity to this long-term vulnerability to mental illness,” said Meaghan Creed, PhD , an associate professor of anesthesiology at WashU Medicine and the study’s co-corresponding author. “This finding reveals a physical scar left by trauma experienced during development inside brain cells, providing scientists with a concrete biological target to develop new treatments and interventions.” Stress stretches the genetic slinky More than half of the world’s children are exposed to early-life stress from abuse, household dysfunction such as violence or drug use, or other traumatic experiences. Accumulation of four or more such experiences can trigger much higher risks for long-term mental and physical health challenges in adulthood. The researchers set out to understand how trauma during early development physically changes the brain to make it more sensitive to stress later in life. They focused on a region of the brain called the ventral tegmental area where brain cells that produce dopamine — a chemical messenger — are responsible for processing important things in the environment, including rewards and adversity. When these brains cells are activated abnormally, which can happen in response to stress, they disrupt how the brain processes rewards, leaving individuals vulnerable to anxiety and depression. Within dopamine-producing neurons the researchers zoomed in on the epigenome, a set of molecular tags that direct the cell’s machinery to turn genes on and off, which in turn affects cells’ activity. Inside cells, DNA is coiled like a slinky, explained Catherine Jensen Peña, PhD, an assistant professor at the Princeton Neuroscience Institute and the study’s senior and co-corresponding author. The DNA coils are wrapped around histone proteins that help determine how tightly or loosely the coil is wound. When the genetic slinky is compressed, its genes are turned off. As the DNA slinky stretches and opens, genes are more easily accessible to be turned on. The researchers found that an enzyme called SETD7 was more abundant in the dopamine neurons of young mice that had experienced stress compared with mice reared in a typical environment. SETD7 helps place a chemical tag — H3K4me1 — on the genetic slinky, marking the structure for uncoiling, which in turn makes the cell more reactive to everything going on in the environment, explained Peña. The researchers then artificially boosted SETD7 in young, stress-free mice. Even without early-life stress, these mice grew up with a stretched-open DNA structure in their dopamine-producing brain cells, making it easier to turn on the genes that respond to stress. Such mice had a lower tolerance for stress in adulthood. The researchers found that, as adults, the mice that had boosted SETD7 levels when they were young had more reactive dopamine neurons and more anxious behavior compared to mice with normal levels of SETD7 throughout their lives. Conversely, when the researchers blocked the SETD7 enzyme from adding too much of the H3K4me1 tag after early-life stress, the slinky remained closed, shielding mice from becoming hypersensitive to stress later in life. Despite experiencing both early-life and adult stress, mice with their SETD7 levels dampened were able to remain as social and exploratory as unstressed mice, and their dopamine neurons were active at normal levels. “There are currently no treatments for what early-life stress does to the brain, partially because we have not had a clear picture of what molecular mechanisms to target,” Peña said. “This work is exciting because it reveals a clear mechanism, and also helps explain why the impact of stress is both latent and broad. Additionally, if we can step in with supportive care, therapy or social resources to buffer children during those sensitive windows of development, we may be able to protect the epigenome — preventing the genetic slinky from locking into an open position and perhaps giving the developing brain a chance to build natural resilience.” Share on Facebook (Opens in new window) Facebook Share on X (Opens in new window) X Share on LinkedIn (Opens in new window) LinkedIn Related