성장호르몬이 키와 장기 성장뿐 아니라 뇌에서 기억을 저장하는 신경세포의 성숙을 직접 조절한다는 사실이 규명됐다.
기초과학연구원(IBS) 강봉균 기억및교세포단장 연구팀은 학습이 이뤄지는 순간과 직후 뇌 해마에서 성장호르몬이 빠르게 생성돼 뇌 속 기억저장 세포의 성숙을 직접 조절한다는 사실을 밝혔다.
기억은 특정 경험을 할 때 활성화된 일부 신경세포에 저장되며, 이 세포를 기억저장 세포(engram cell)라고 한다.
기억이 제대로 남으려면 이 세포들이 구조와 기능이 바뀌는 성숙 과정을 거쳐야 한다.
그러나 이 성숙이 언제 시작되고 어떤 분자 신호가 이를 조절하는지는 명확히 알려지지 않았다.
연구팀은 기억저장 세포가 성숙하는 과정에서 새롭게 만들어지는 단백질에 주목했다.
단백질은 신경세포의 모양과 기능을 바꾸는 직접적인 재료로, 언제 만들어지느냐에 따라 기억 형성의 성공 여부가 달라질 수 있다.
연구팀은 생쥐가 특정 공간을 위험한 장소로 학습하도록 하는 실험을 진행, 학습 시점 전후로 단백질 합성을 억제하는 약물을 서로 다른 시간대에 투여하고 생쥐가 같은 공간에 다시 들어갔을 때 보이는 행동으로 기억이 유지됐는지를 확인했다.
동시에 학습에 관여한 신경세포에서 시냅스 구조와 전기적 신호가 어떻게 변하는지 분석했다.
분석석 결과 학습이 끝난 뒤에 단백질 합성을 막았을 때 기억 회상이 유지됐다.
반면 학습이 이뤄지는 순간을 포함한 초기 단계에서 단백질 합성을 차단하자 기억 회상 능력이 크게 떨어졌다.
이때 기억저장 세포에서는 신경세포 사이 연결이 강해지는 시냅스 변화도 나타나지 않았다.
이는 기억 형성에 필요한 단백질이 학습 당시와 직후 아주 이른 시간에 만들어지고, 이 짧은 시간의 변화가 기억 저장과 유지에 결정적임을 의미한다.
연구팀은 기억 초기 단계에서 만들어지는 단백질 가운데 성장호르몬이 해마에서 빠르게 증가한다는 사실을 확인했다.
특히 성장호르몬은 학습 과정에서 활성화된 신경세포에 선택적으로 나타났다. 성장호르몬은 일반적으로 뼈와 근육 성장, 신체 조직 발달을 조절한다.
연구팀은 성장호르몬이 기억 형성에 직접 관여하는지 검증하기 위해 성장호르몬 신호 전달을 방해하는 변이체를 해마 신경세포에 발현시켰다.
그 결과 단백질 합성을 억제했을 때와 마찬가지로 시냅스 강화가 나타나지 않았고, 생쥐의 기억 회상 행동도 감소했다.
또 단백질 합성을 억제해 기억 형성이 저해된 상태에서 외부에서 성장호르몬을 주입하자 기억저장 세포의 구조적·기능적 변화가 일부 회복됐고, 학습 내용을 떠올리는 행동도 다시 나타났다.
이는 성장호르몬이 기억저장 세포의 성숙을 직접 조절하는 핵심 인자임을 뜻한다.
강 단장은 “그동안 기억 형성은 주로 신경전달물질과 시냅스 변화 중심으로 연구됐다”며 “이번 연구는 신체 성장 조절인자로 알려진 성장호르몬이 기억저장 세포의 기능적 변화를 직접 조절한다는 점을 밝혀 기억 연구의 틀을 확장했다”고 설명했다.
한편, 이번 연구는 IBS 김창호·박효진 박사가 공동 제1저자로 수행했고, 연구결과는 20일 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 온라인으로 게재됐다.
(논문명 : Growth hormone is required for hippocampal engram cell maturation / Science Advances (2025) / Chang-Ho Kim, HyoJin Park, Chuljung Kwak, Dae Hee Han, Yeojin Jung, Binod Timalsina, Ilgang Hong, Yeonjun Kim, Yong-Seok Lee, Nam-Kyung Yu, Jun Cho, Bong-Kiun Kaang)
