기억은 뉴런만의 것이 아니다. 기억의 조연에서 주연으로 – astrocyte의 역할 재조명 - Nature 논문 리뷰

Nature에 실린 “Learning-associated astrocyte ensembles regulate memory recall” (2025)

별아교세포(astrocyte)가 기억 회상에 적극적으로 관여한다는 걸 보여주는 연구임
이제 기억 회상은 뉴런만의 일이 아니라는 아주 신박한 이야기.  

권욱봉 박사님이 공동 1저자 이신 논문임.  웃긴건 공동 1저자를 동전 뒤집기로 순서를 정했다는 아주 가슴 아픈 이야기. 

 

논문 다운로드 : https://www.nature.com/articles/s41586-024-08170-w

 

이 논문을 읽고 이해하는데 한참걸림. 신경과학 + 분자생물학 + 행동학 + 유전공학이 한곳에 다들어 가있으니까. 

앞선 개념 부터 알고 논문 을 읽으면 괜찮음(?)ㅋㅋ ㅠㅠ

 

 

🧠 이 논문을 이해하기 위한 핵심 배경지식 & 용어 정리 

(아래 더보기 클릭) 

 

🧬 1. 유전자 조작 시스템

용어설명

c-Fos	세포가 자극받으면 빠르게 발현되는 유전자. "이 세포 방금 활성화됨!"이라는 지표
Cre recombinase	DNA의 loxP 사이를 잘라내거나 붙여주는 효소
Flp recombinase	FRT 서열 사이를 자르는 효소 (Cre랑 비슷한 기능인데, 서로 독립적으로 작동)
loxP / FRT	Cre 또는 Flp가 인식하는 DNA 서열
FSF	FRT-STOP-FRT. Flp가 있으면 STOP 제거 → 유전자 발현됨
DIO	loxP 기반 뒤집힌 유전자. Cre가 있어야 정방향으로 회복됨

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🧠 2. 신경과학 핵심 개념

개념설명

astrocyte	뉴런을 도와주는 뇌 세포. 하지만 최근엔 기억, 회로 조절 등에서 능동적 역할로 재조명됨
engram	학습 시 활성화된 뉴런 집단. 기억 저장과 회상에 관여
LAA	Learning-Associated Astrocytes. 학습 중 활성화된 astrocyte 집단 (이 논문에서 새로 제안)
contextual fear conditioning	특정 공간에서 전기충격 주고, 나중에 같은 공간에 다시 넣어 freezing 행동 측정 → 기억 회상 실험
freezing	쥐가 무서워서 움직이지 않는 행동. 기억을 잘 하면 freezing ↑

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⚡ 3. 전기생리/이미징 기술

용어설명

fEPSP slope	시냅스 전도 효율성. 빠르게 전압이 증가할수록 slope↑
LTP	Long-Term Potentiation. 시냅스가 강해지는 현상. 학습·기억의 생리적 기초
GCaMP6f	칼슘 센서 형광 단백질. Ca²⁺ 농도 올라가면 초록색 형광 밝아짐 → 세포 활성 정도를 실시간으로 볼 수 있음
2-photon imaging	깊은 뇌 조직까지 볼 수 있는 고해상도 현미경

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🔬 4. 실험 도구 & 라벨링 단백질

도구설명

tdTomato	빨간색 형광 단백질. 특정 세포 라벨링 용도로 사용
EYFP	노란색 형광 단백질. engram 뉴런 라벨링에 사용
hM3Dq	DREADD. CNO라는 약물을 주면 세포를 인위적으로 활성화시킬 수 있음
CNO	DREADD를 켜는 약물. 체내에선 거의 안 작동함 (off-target 적음)

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🧪 5. 실험 모델과 조건

용어설명

AAV (adeno-associated virus)	유전자 운반체로 자주 쓰이는 바이러스. 특정 세포에 유전자 삽입 가능
Tamoxifen	CreER 시스템에서 Cre를 작동시키는 약물
Fos-flox mouse	c-Fos 유전자가 Cre에 의해 잘릴 수 있게 디자인된 마우스
Aldh1l1–CreER mouse	astrocyte 특이적 Cre 발현. Tamoxifen 있어야 작동함

 

 

🌟 기억을 떠올리는 건 누구인가 – astrocyte 실험 스토리

기억이라는 건 늘 뉴런이 하는 일이라고 배워왔음
하지만 연구진은 의심하기 시작함
‘뉴런 옆에서 조용히 시냅스를 감싸고 있는 astrocyte도 기억을 간직하고 있을 수 있지 않을까?’

그래서 이 실험은 아주 단순한 물음에서 시작됨
“공포를 학습할 때 astrocyte도 반응할까? 그리고 그게 회상에 중요할까?”

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🧪 1단계 – 공포를 학습시켜 봄

쥐에게 **공포 조건화(fear conditioning)**를 시킴
특정 공간에서 전기 충격을 줘서 “여기 무서운 곳”이라는 걸 기억하게 함
그 다음 뇌를 염색해봤더니, 놀랍게도 astrocyte 일부가 c-Fos를 발현함
즉, astrocyte도 뭔가 기억한 것처럼 반응하고 있었음

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🧪 2단계 – 그 astrocyte만 골라서 라벨링함

그래서 연구진은 특수한 유전자 시스템을 씀

• astrocyte임(Aldh1l1–CreER)
• 공포 학습 중 활성됨(Fos–Flp)
  → 이 두 조건을 만족할 때만 tdTomato 발현
  이렇게 해서 생긴 세포가 바로 LAA (Learning-Associated Astrocyte)

공포 학습 그룹에서만 빨간 형광을 띠는 LAA가 확실히 많았음
게다가 이 세포들은 일반 astrocyte보다 칼슘 반응이 더 강했음
→ 즉, 기능적으로도 ‘그냥 astrocyte’랑 다름

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🧪 3단계 – LAA는 engram 뉴런과 붙어있음

그러면 이 astrocyte들이 진짜 회로에 연결돼 있는 걸까?
같은 시간에 활성된 engram 뉴런을 EYFP로 라벨링해서 같이 봄
놀랍게도, LAA 근처에 engram 뉴런 가지가 몰려 있었음
→ 물리적으로 가까움

그리고 astrocyte만 자극했더니 engram 뉴런이 반응함
→ 기능적으로도 연결돼 있었던 거임!

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🧪 4단계 – astrocyte만 자극해도 기억이 떠오름

이제 결정적 질문
“astrocyte만 자극해도 기억이 떠오를까?”
→ LAA에 hM3Dq 넣고, CNO로 자극함
그랬더니 쥐가 얼어붙음(freezing)
공포 자극도, 뉴런 자극도 없었는데도!

그리고 무작위 astrocyte를 자극했을 땐 그런 반응 없음
→ 기억 회상은 특정한 astrocyte(LAA)가 해야 가능했음

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🧪 5단계 – 기억을 쥐고 있는 열쇠는 NFIA라는 유전자

그럼 astrocyte가 왜 그렇게 특별했을까?
RNA-seq 해봤더니, NFIA라는 전사인자가 눈에 띔
→ astrocyte의 분화와 기능에 관여하는 유전자

그래서 LAA에서 NFIA를 knockout 했더니
→ 쥐가 기억을 잘 못 떠올림 (freezing 감소)

그런데 engram 뉴런을 직접 자극하니까 다시 기억을 떠올림
→ 즉, astrocyte는 engram 뉴런을 깨워주는 스위치 역할을 하고 있었던 것

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🧠 논문 Discussion 요약 

이번 연구는 기억 회상이 뉴런 단독이 아닌 astrocyte–neuron 간 상호작용에 의해 이뤄질 수 있다는 가능성을 보여줌
학습 중에 활성된 astrocyte인 LAA는 단순히 반응만 하는 세포가 아니라
회상 과정에서 engram 뉴런을 활성화시키는 조절자로 기능함

engram 자체는 뉴런이 맞음
하지만 engram이 다시 켜질지 말지를 결정하는 스위치가 astrocyte에 있을 수 있다는 의미임

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🔍 논문이 제시하는 새로운 패러다임

1. 기억 회상에서 astrocyte가 기억 정보의 일부를 담고 있다는 점
2. LAA는 행동 수준의 기억 회상까지 직접 유도할 수 있다는 점
3. astrocyte는 단순한 보조자(gliotransmission 등)가 아닌 기억 회로의 핵심 조절자로 자리 잡을 수 있다는 가능성

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🔬 분자적 측면에서 중요한 점

• LAA의 유전자 발현은 일반 astrocyte와 달랐음
• 특히 NFIA라는 전사인자가 회상 조절에 필수적임
• 기억에 참여하는 astrocyte는 단순히 c-Fos만 발현한 게 아니라
  기능적으로도 분화된 새로운 서브타입일 수 있음

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🧪 한계점도 존재함

• 현재까지는 astrocyte가 ‘어떤 종류의 기억’에 관여하는지, 또는
  **‘얼마나 세부적으로 기억 내용을 구분할 수 있는지’**는 확인되지 않음
• engram 뉴런이 먼저 활성되고 astrocyte가 따라오는 건지,
  astrocyte가 먼저 engram을 깨우는 건지도 명확히 구분 안 됨

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🔮 후속 연구 방향 제시

• 다른 기억 종류(ex: 보상, 사회성, 공간 기억 등)에서도 LAA가 생기는지 확인 필요
• LAA의 장기 유지 여부 → 일시적 반응인지, 기억처럼 장기 저장되는 세포인지
• LAA를 인위적으로 만들거나 억제해서 기억 조작이 가능한가?
  → 기억 치료, PTSD 조절 같은 임상 응용 가능성까지 있음

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✅ 결론

결국 astrocyte는 더 이상 ‘서포터’가 아님
학습 경험을 기억하고, 회상까지 조절하는 세포로 역할이 확장되고 있음
기억의 engram은 이제 뉴런만이 아니라 astrocyte에도 있다는 생각이 필요함

 

 

 

 

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