사춘기와 성인기 사이의 불편한 기간 동안 뇌는 유전자 발현과 후성유전학적 변형에서 신중하게 조정된 변화를 겪는다. 불행히도 알코올은 이러한 생물학적 구조를 방해한다. 결과적으로 실수가 발생하고 유전자 발현과 변형이 계획대로 진행되지 않아 불안과 알코올 중독과 같은 정신과적 문제에 평생 취약하게 된다.
일리노이 시카고 대학의 연구원 팀은 최근 유전자편집을 통해 쥐의 이러한 변화를 되돌릴 수 있음을 발견했다. 그들의 발견이 인간 연구로 이어진다면 유전자 편집은 청소년기에 폭음에 노출된 성인의 불안과 알코올 사용 장애에 대한 잠재적 치료법이 될 수 있다.
알코올 남용의 유전적 희생자
이전 연구에 따르면 시냅스는 신경이 만나는 접합부이며 활성 조절 세포골격 관련(Arc) 단백질은 시냅스 가소성과 조직의 핵심 조절자이다. Arc는 뇌의 적응을 빠르게 구현하기 위해 신경망의 연결을 조작한다. Arc의 거의 즉각적인 기능은 시냅스 활성 반응 요소(SARE)로 알려진 짧은 DNA 세그먼트에 의해 미세 조정된다. DNA의 "인핸서 영역"으로 알려진 SARE는 생성되는 Arc 단백질의 양을 제어한다. 더 많은 단백질이 생성될수록 신경망이 더 빨리 적응한다. Arc와 SARE는 함께 중독 관련 행동뿐만 아니라 고차원 인지 및 정서적 과정을 조절한다.
2019년 UIC의 후성 유전학 알코올 연구 센터 소장인 Subhash Pandey와 그의 팀은 SARE가 청소년기에 알코올에 노출된 쥐와 그렇지 않은 쥐 간에 다르다는 것을 발견했다. 두 그룹의 쥐에서 SARE의 DNA 서열은 동일했지만 3차원 구조는 그렇지 않았다. 알코올에 노출된 쥐는 후성유전학적 변형을 겪었다. 이 변형은 껌 주위에 머리카락이 묶인 것처럼 아크 조절 영역이 엉켰다. 이러한 유형의 후성유전학적 변형은 종종 단백질이 발현되는 것을 방지하여 Pandey와 그의 팀은 알코올에 노출된 청소년 뇌가 성인이 되었을 때 Arc 단백질이 더 적을 것이라고 의심하게 되었다. 그들의 의심은 옳았다. 그들은 알코올에 노출된 쥐의 편도체에 Arc 단백질이 덜 함유되어 있음을 발견했다. 이 편도체는 알코올 사용과 불안 장애와 관련된 중요한 뇌 영역이다.
Pandey의 팀은 후성유전적 변형이 Arc 단백질의 감소를 일으켜 뇌를 정신 장애에 취약하게 만들었다고 가정했다. 만약 그들이 정확하다면, 이 유전자를 편집하고 변형을 되돌리면 젊었을 때 폭음에 노출된 개인의 알코올 사용 장애와 불안 증상이 감소할 것이다.
유전자 편집 SARE는 불안과 음주 증상을 구한다.
Arc 발현을 회복하는 것이 성인기에 과도한 음주와 불안 증상을 치료할 수 있는지 여부를 결정하기 위해 연구자들은 청소년기(인간 나이로 약 10~18세에 해당)에 알코올을 쥐에게 주사했다. 쥐가 성체에 도달했을 때 연구자들은 알코올에 노출되지 않은 쥐에 비해 Arc 발현이 떨어졌음을 확인했다. 그런 다음 팀은 CRISPR 유전자 편집을 사용하여 SARE의 후성 유전학적 변형을 역전시키고 알코올에 노출된 쥐의 Arc 수준을 평가했다. 그들은 유전자 편집 후 Arc 발현이 정상으로 돌아왔음을 발견했다.
다음으로 연구자들은 동물의 행동도 정상으로 돌아왔는지 확인하려고 했다. 불안을 평가하기 위해 연구자들은 미로에 놓인 쥐의 탐색 활동을 평가했다. (불안이 많은 동물은 탐색을 덜 하는 경향이 있다.) 알코올에 대한 선호도를 평가하기 위해 연구자들은 수돗물, 설탕물, 알코올 중에서 선택할 수 있을 때 소비되는 알코올의 양을 모니터링했다. 연구원들은 불안과 알코올 소비의 모든 지표가 상당히 낮다는 것을 발견했다.
"조기 폭음은 뇌에 오래 지속되고 중대한 영향을 미칠 수 있으며 이 연구 결과는 유전자 편집이 이러한 영향에 대한 잠재적 해독제라는 증거를 제공하여 원하는 경우 뇌에 일종의 공장 초기화를 제공한다"라고 Pandey가 말했다.
“청소년의 폭음은 심각한 공중 보건 문제이며, 이 연구는 우리가 고농도의 알코올에 노출되었을 때 두뇌 발달에 어떤 일이 일어나는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 더 중요한 것은 불안과 알코올 사용 장애라는 복잡하고 다면적인 질병에 대한 효과적인 치료법을 언젠가는 얻을 수 있다는 희망을 준다는 것이다.”
