Understanding the mechanisms underlying brain functions is the ultimate challenge in neuroscience research. A potential way to get closer to this seemingly unreachable goal would be to take a reductionist approach. That is to split complex brain functions into the simplest possible units, for which synaptic transmission would be a strong candidate.
Neuronal synapses, where synaptic transmission occurs, however, are formed and regulated by a large number of synaptic proteins, ranging from hundreds to thousands. Deciphering the detailed functions of these proteins would be a daunting task. However, some of the synaptic proteins would be more important than others, and their defects would cause significant abnormalities in neural circuits and brain functions, which have been termed “synaptopathy”.
Synaptopathies are thought to underlie diverse neuropsychiatric disorders including schizophrenia, attention-deficit/hyperactivity disorder, intellectual disability, autism, and emotional disturbances. Exploring disease-causing mechanisms along the hierarchy of synaptopathies is another main challenge in neuroscience. Luckily, however, animal models including transgenic mice carrying human mutations are providing important clues to synaptopathies.
Our lab will explore the mechanisms underlying various neuropsychiatric disorders by focusing on defects in synaptic development, structure, function, and plasticity, and also abnormalities in neural circuits at the brain system level. These key mechanisms will help us better diagnose and treat mental illnesses and eventually understand higher brain functions that lie on the flip sides of mental illnesses, including consciousness, attention, intellect, sociability, and emotion.
뇌 기능의 작동 메커니즘을 이해하는 것은 신경과학 연구의 궁극적인 목표이자 원대한 도전이다.
도저히 도달할 수 없을 것 같은 이 목표에 가까이 다가갈 수 있는 하나의 방법은 아마도 환원주의적 접근일 것이다. 즉, 복잡한 뇌 기능들을 가장 간단한 기능적인 단위로 나누어 보자는 것인데, 아마도 시냅스에서 일어나는 신경전달이 가장 작은 기능적 단위의 후보가 될 것이다.
그러나 간단히 보이는 시냅스는 실제로 수백 또는 수천 종의 시냅스 단백질들에 의하여 형성되고 조절된다. 많은 시냅스 단백질들을 자세히 연구하고 이해하는 것은 대단히 복잡한 작업이 될 것이다. 그러나 몇몇 시냅스 단백질들은 분명 다른 단백질들보다 더 중요할 것이고, 이들의 결함은 신경회로의 이상을 통해 뇌기능 장애를 초래할 것이다.
시냅스 이상이 뇌질환을 초래한다는 이 개념은 최근 synaptopathy(시냅스 뇌질환)라 불리고 있는데, synaptopathy가 다양한 정신질환 (자폐, 주의력결핍 과잉행동장애, 조현병/정신분열, 정신박약, 및 정서 장애)의 원인일 것으로 생각된다. Synaptopathy 기전 연구는 힘든 도전이 되겠지만, 다행히 유전자변형 정신질환 모델 생쥐들이 큰 도움을 주고 있다.
본 연구실은 정신질환 유사 증상을 보이는 유전자변형 생쥐들의 뇌에서 발생하는 시냅스의 이상 (생성,구조, 기능, 및 가소성) 및 신경회로의 이상들을 연구할 것이다. 본 연구는 정신질환 발병의 원인을 이해하는데 도움을 줄 뿐만 아니라, 궁극적으로는 정신질환의 이면에 있는 정상적인 뇌기능 (의식, 주의집중, 지적능력, 사회성, 및 감정 등)을 이해하는 데 도움을 줄 것이다.
Left: Neuron (yellowish ellipse with arborized structures) and synapses (orange dots)
Right: Diagram depicting various synaptic proteins and their interactions
왼쪽: 신경세포 (노란 타원 및 가지) 및 시냅스 (주황색 점)
오른쪽: 시냅스 내의 다양한 단백질 분자 및 분자 간 상호작용
