어린 시절 스트레스, 뇌 세포에 '흉터' 남긴다
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.
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].