수업후기
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오늘 강의는 대뇌피질에서 진행된다. 피질 두께가 통상 2mm 정도이다. 복셀(Voxel)은 fMRI 찍을 때 기본 유니트이다. 복셀로 따지면 대뇌피질은 5만개 복셀로 되어 있다. 기본 숫자를 암기해야 한다. 복셀크기 가로, 세로, 높이 2.5mm이면 눈으로 보인다. 좁쌀만한 크기이다. 복셀에 뉴런은 대략 10만개가 들어 있다. 복셀은 대뇌 좌우반구에 5만개가 있다. 세계에서 가장 큰 MRI가 15년 전 우리나라에 있었다. 7T(테슬라) MRI로 7-8년 동안 중국에도 일본에도 없었다. 꽤 오랫동안 우리나라에서만 7T MRI를 사용했는데, 조장희 박사님에게 인천 길병원에서 500억을 연구자금으로 주어서, 250억짜리 MRI가 5층 빌딩 지하 2층에 있게 되었다. 대학병원에서 의료용으로 쓰는 것은 MRI이고, 연구용으로 쓰는 것은 fMRI이다. fMRI는 혈류변화를 재는데, 기본단위가 복셀이다. 좁쌀만한 복셀에 10만개 뉴런이 있다면 신경회로는 몇 개인가? 결론은 “아무도 몰라”이다. 요런 감을 잡아야 한다.
브레인을 공부하는 두 갈래 길이 있다. 첫 번째 ‘신경해부학’은 연세대 이원택 교수님의 세계적인 교과서 <의학신경해부학>이 있다. 나도 그 책을 보고 공부를 했다. 전 세계에 이만한 책이 없다. 놀랍게도 무료로 인터넷에 오픈(http://anatomy.yonsei.ac.kr)되어 있다. 특히 뇌간(Brain stem) 쪽은 논문 수준이다. 그만큼 자세한 다른 자료를 본 적이 없다. 연세의대는 학술적으로도 대단하다. 또 한 종류가 ‘아틀라스(atlas)’이다. 세계적으로 공인받은 아틀라스 중 탑이 ‘Concise Atlas’이다. 구글에서 낱장으로도 볼 수 있다. 모두 곡선으로 되어있고 전문과학 그림으로 그렸다. 여기에 준하는 아틀라스는 없다. 이 두 권의 책으로 최소 3년을 훈련하여야 한다. <그림으로 읽는 뇌과학의 모든 것>은 이 두 책을 바탕으로 재해석한 것이다.
두 번째 신경과학(Neuro Science)이라고 할 때는 주로 대뇌피질에서 일어나는 일이다. 여기서는 의학보다는 제약회사 분자세포생물학 하는 사람들이 전문가이다. 치매, 주의력결핍증, 강박증, 편집증 등이 이쪽이다. 뇌 안쪽에서는 보이지 않는다. 피질은 인간드라마가 펼쳐지는 곳이다. 오늘은 피질 쪽을 이야기한다. 에델만, 다마지오, 르두는 의사가 아니다. 이런 사람들이 하는 분야이다. 아직도 이쪽은 전 인류가 다 모른다. 다 알게 되면 어떻게 되는가? 원자의 구조를 알고 반도체 물성을 알면 IT 혁명이 일어났듯이, 피질의 구조와 작용을 다 알아버리면 스님이 갑자기 신부가 될 수 있다. 진정한 인류의 혁명이 일어난다. 수험생들이 머리가 좋아지는 약을 먹는다. FDA공인된 것이다. 이런 식으로 나가면 빠르면 10년 내로 안 좋은 기억을 지우는 약도 나올 수 있다. 충분히 원리적으로 가능하다.
유럽에서 ‘블루브레인 프로젝트(Blue brain project)’로 10조 원을 투자해서 연구했는데 결론이 “아직도 잘 모르겠다” 이다. “잘 모르겠다”는 이 말을 정확히 이해하면 이쪽을 좀 알 수가 있다. 조금이라도 약 20-30%라도 알면 응용은 어마어마하다. 외상후증후군, 치매, 강박증 등, 우리에게 경우의 수가 많은 정신현상일수록 과학적으로 풀어내기 어렵다. 마지막으로 습관까지 다루고, 그러면 내가 남이 될 수 있다. 간단치가 않다.
콘드로이틴(Chondroitin)에 대해서 알아야 한다. Chondroitin polymerizing factor, Chondroitin sulfate transferase, Chondroitinase ABC, Chondroitin sulfate synthase 기본적으로 이 4가지를 알아야 한다.
또 알아야 하는 것이 히알루론산(hyaluronic acid)이다. 콘드로이틴과 히알루론산은 박사수준까지 알아야 한다. 어느 날 마음먹으면 신부가 스님이 될 수 있고, 스님이 신부가 될 수 있는 세상이 온다. 기억을 마음대로 지웠다 다시 쓸 수가 있고, 이전 기억 안 좋은 것 빼내고 다른 기억 만들 수 있다. 이 연구는 여러 갈래가 있는데, 일본에서 연구하는 것이 꿈을 USB로 다운로드 받는 것이었고, 미국은 fMRI 속에서 혈류변화량으로 이미지 본 것을 AI로 읽어서 알 수 있게 하는 것이었다. 이 연구가 벌써 10년이 되었다. 여러분들이 슈퍼에서 무슨 콜라를 살 것인지 결정하기 몇 초 전에 알수 있게 된다. 앞으로 10년 후면 이 단계로 넘어가고 일부 산업화되고 있다. 학생들 머리 좋게 하는 약이 충분히 효과 있다.
환경적응은 거시적으로 보는 것이다. ‘n-acetylneuraminic acid’를 들어 보았는가? 몇 년 전에 찾다가 봤는데, Neu5Ac로 표기하는데, 호모사피엔스는 Neu5Ac만 가진다. 고릴라는 Neu5Av와 Neu5Gc를 모두 가진다. Neu5Ac를 Neu5Gc로 바꾸어주는 효소가 CMAH(Cytidine monophospho-N-acetylneuraminic acid hydroxylase)이다. 280만년 전에 CMAH를 만들어주는 유전자에 돌연변이가 일어나서 인간 쪽으로 오면서 CMAH가 작동하지 않아 Neu5Gc가 만들어지지 않는다. 침팬지 등 다른 영장류는 두 가지 모두를 가진다. 280만년 전에서 200만년 전 사이에 두뇌피질이 2배로 늘어나는 것과 링크되어 있다. 섬찟한 이야기이다.
SST(somato statin) 한 자료를 보면, SST발현이 적게 되면 브레인 사이즈가 달라진다. 무슨 말인가? 거시적으로 브레인이 줄어든다. 충격 그대로이다. 분자세포생물학 들어오면 툭 던지는 말이 수천 개 중 하나인데, 다음 링크로 들어가면 열 개 중 하나가 되어 결정적 운명을 바꾸어 버린다.
1μm도 안 되는 시냅스에는 단백질이 한쪽 면에 1400개, 안쪽에 4500개가 있다. 그것을 다 알아야 되는 게임이다. 집요하게 관심있는 사람들이 있는 회사가 다국적 제약회사이다. 제약산업은 반도체 산업의 두 배이다. 이쪽의 연구그룹에서 수천 개의 단백질을 다 follow up 한다. 그것을 pathway라고 하고, 이런 갈래의 연구가 어마어마하게 진행되고 있고 AI 기법이 들어간다. 10만 개가 넘는 단백질이 매년 20-30개가 새로 발견되고 있어 지금 16만개가 넘고 점점 더 증가하고 있다. 이 단백질의 입체구조를 알아야 생명이 뭔가를 아는데, 계산량이 천문학적으로 많다. 그래서 AI가 단백질 입체구조 계산하는데 이용되고 있다. 이 혁명이 AI 발달과 함께 10년 내 마무리가 될 것으로 본다. 50년 후면 어쩌면 지구상에서 죽음이라는 현상이 없어질 수 있다. SF 아니다. 논문을 보면 어떻게 벌어지고 있는지 알 수 있다.
이쪽 공부하려면 단백질 이름에 민감해야 한다. 적어도 단백질 이름 300개 정도는 암기해야 한다. 그 단계를 빨리 통과해야 한다. 만일 어떤 사람이 단백질 1000개의 기능을 팔로우 업 할 수 있다면 인간의 개성에 대해 얘기할 수 있다.
미리 중요한 것을 이야기했다. 히알루론산(hyaluronic acid)에서 첫 번째 중요한 것은 황(sulfur)이 없다. 두 번째는 당사슬 갯수는 200~25,000개이다. 1개 길이는 1nm이므로 1만개라면 10μm이다. 10μm면 적혈구 지름(6-8μm)보다 크다. 당사슬 길이는 면역력과 관계된다. 나무가 많으면 외적이 쳐들어올` 때 막아낼 수 있다. 당사슬이 길수록 면역력이 강하다. 콘드로이틴(Chondroitin)은 황이 붙는다. 사슬의 길이는 수백 개 정도이다. 우리 몸의 모든 세포에는 이런 사슬이 10만 개 있어야 세포가 잘 작동한다. 우리 세포는 칡밭 덩굴이다.
#1.
메인 프레임을 먼저 그린다. 대뇌피질의 아마존 정글은 인류가 모른다. 브레인 과학이 최대로 발달하면 “저 인간은 왜 저래?”를 분자적으로 설명할 수 있어야 한다. 사람 성격이 어마어마하게 다르다. 강박증이 수백 개이다. 브레인 과학의 궁극으로 가면 어느 부위의 신경이 잘못되었는지를 밝혀내어야 한다. 이쪽이 규명이 되면 인류는 우주의 기원을 아는 것보다 더 위대한 일이 된다. 아바타나 SF 모든 이야기는 이 밑에 있다. 이것을 다 밝히면 아바타가 필요없다. 기억이 어떻게 형성되는지 완전히 알면 기억을 바꿀 수 있다. 그러면 내가 되고 싶은 사람의 기억을 구현하여 내가 그 사람이 될 수 있다. 우주의 궁극적 혁명은 대뇌피질에서 일어나고 있다. 인류는 아직 모르는데, 그동안 연구해 봤더니 어느 방향으로 가는 것이 하이웨이인 정도는 알고 있다.
등장인물이 누군지만 알면 된다. 모든 것을 사각형으로 바꾸어 놓는데서 가능해진다. 사각형으로 그리면 다 보인다. 피라밋 뉴런을 사각형으로 그린다. 세포를 그릴 때 선으로 그리면 오개념이 생긴다. 면으로 그리는 것과 하늘과 땅 차이다. 선은 톡 끊어지는 가시이다. 이런 오개념이 모여서 실상을 헷갈리게 한다. 선이면 연결부위가 어떻게 된 것인가? 이런 곳에 개념의 구멍이 나서 힘이 없다. 생명은 연필 안 떼고 폐곡선 그리기이다. 세포에서 막이 좋은 냄새가 나는 쪽으로 길쭉하게 나오고, 다른 세포에서도 나도 같이 먹자고 나오다가 만나는 곳이 시냅스이다. 시냅스는 어디서든 생길 수 있다. 자기 세포에 시냅스도 가능하다. 이것이 오토시냅스(Autapse)이다. 피라밋 뉴런의 50%가 오토시냅스가 되어 있다. 특히 대뇌피질에서 subcortical로 가는 쪽에는 오토시냅스가 많이 일어난다. 지난 시간의 Parvalbumin 뉴런의 경우 오토시냅스가 일어난다.
정보의 흐름이 수상돌기에서 내려오면 (+) 정보 glutamate와 (-) 정보 GABA를 합친다. 월드컵경기장에 관중이 10만 명이 있다면, 경기장 밖에서 산책하는 사람이 10만 명이 지르는 소리를 듣고 지금 축구경기가 어떻게 벌어지는지를 알아내는 것이 브레인의 비유이다. 브레인 안에서는 1000억명의 관중이 소리친다. 두 가지 소리이다. 잘했다고 소리치는 것은 glutamate, 실책해서 비난하는 소리는 GABA이다. 그 소리를 다 듣고 이 안에서 실재 경기가 어떻게 벌어지는가를 유추한다. 브레인을 안다는 것은 정확히 이 비유이다. 브레인은 뼈에 갇혀 있기에 바깥에서 알 수 있는 것은 간접정보이다. 반도체 회로는 선이 100만개 들어가 있는 정도의 복잡함인데, 인간의 브레인은 고급논문을 보아도 회로가 간단하다. 왜냐하면 아직 모른다는 것이다.
VIP(Vasoactive intestinal peptide)는 브레인에 있는 신경전달물질(Neurotransmitter)이다. 일부 이론가들은 Type 2 cytokines으로 보고 있다. 사이토카인은 면역세포가 분비하는 분자인데, 신경세포에 있다는 것이다. 이것이 신경면역학(Neuroimmunology)로 최근 어마어마하게 부각되고 있는 분야이다. 특히 한의사라면 신경면역학이 메인 필드가 된다. 옛날에 할머니가 오면 “누가 속을 안 썩이세요?” 상담하는 과정이 면역이다. 면역세포를 모으면 1.3kg이다. 1.3kg 물병만한 크기가 모두 면역조직이다. 또한 VIP가 직접 관여되는 곳이 소장의 Peyer's patches의 naive T cell을 불러 모은다. 거의 반 이상이 면역조직이다. 그럼 왜 피라밋 뉴런에서 VIP가 억제뉴런의 대장 역할을 하느냐? 결국은 신경보다 면역이 더 한 수 위라는 것이다. 신경조직이 없어도 면역조직은 있었을 것이다.
면역 이야기는 90% 스트레스이다. 스트레스 관리하는 직업에 종사하는 한의사, 심리치료사. 상담사 등이 전문가로서 지식을 가져야 하는 분야가 신경면역학이다. 완전 오픈필드이다. 그곳으로 가는 길은 먼저 단백질 이름 300개 빨리 암기하고, 다음으로 500개 시도하고, 다음 1000개 시도하고 개업하면 된다. 그러면 아무도 딴지 못 건다. 단백질 이름 1000개를 다룰 수 있으면, 고부간의 갈등 등 몇 마디 이야기만 들어보면 “브레인 회로 어디에서 어느 단백질, 어느 신경전달물질 균형이 깨졌구나!”를 금방 이야기할 것이다. 앞으로 10년 내 올 세상이다.
C6S와 C4S 비율이 있다. 생후 3개월 된 마우스의 CHST(Chondroitin sulphate transferase) 유전자를 작동 못하게 Knock out 했더니 마우스의 인지능력이 20개월 된 브레인으로 바뀌었다. 생후 3개월이면 인간에게는 7살 정도이다. 20개월은 노인이다. 인지능력이 노인이 된 것이다. C6S 비율이 줄어들었기 때문이다. C6S와 C4S 비율을 조정하면 인류는 아바타가 필요없는 시대가 올 것이다. 나를 괴롭히는 A라는 인간이 왜 그런지를 알고 싶으면 A라는 사람의 기억을 내 머리속에 만들어보면 된다. 원리적으로 가능하다. 반대의 실험은 Chondroitinase ABC를 브레인 전전두엽에 주입했더니 기억하는 비율이 확 올라갔다.
연골물질이 기억과 이렇게 연결되어 있을 줄이야! 연골이 관절의 패드이다. 관절뼈를 신경세포로 바꾸어 놓으면 동일하다. 연골은 뼈와 뼈 사이를 완충작용해 준다. 신경세포와 신경세포 사이도 완충작용 해주어야 한다. 신경세포 사이에 밀집되어 있어서 신경세포가 서로 만나려면 뚫어야 한다. 뚫는 것이 Chondroitinase ABC이다. 뚫으면 시냅스가 많이 생겨서 기억이 폭발한다. 드디어 봇물이 열렸다. 연골이 나가면 산책을 못하고, 머리는 가속적으로 퇴보한다.
메인 프레임으로 돌아온다. 말단을 스파인(spine)이라고 하고, 다른 스파인과 마주보고 있으면 presynaptic membrane과 postsynaptic membrane이다. 시냅스 해서 나간 뉴런을 α-MN이라고 하면 근육세포와 만난다. 폐곡선 하나가 세포 하나이다.
다음은 축삭돌기를 감는 올리고덴드로사이트를 모델로 그린다. 이 그림의 가장 중요한 정보는 ‘하나의 세포’라는 것이다. 이것을 모르기에 올리고덴드로사이트(oligodendrocyte)와 슈반세포(Schwann cell)를 10년을 공부해도 헷갈리는 것이다. 슈반세포를 그린다. 각각의 독자적 세포이다. 슈반세포는 1000개일 수 있다. 올리고덴드로사이트는 중추에 있고 슈반세포는 말초에 있다. 올리고덴드로사이트는 재생이 안 된다. 왜 그럴까? 하나의 세포가 축삭에 여러 개 연결되었기 때문이라는 것은 일부이다. 슈반세포는 하나씩 연결되어 재생이 된다.
생물학 공부에는 다른 종류의 세포가 몇 개 가담하는가를 파악하고, 세포 안으로 들어가면 개별 단백질을 분리해 보아야 한다. 생물은 세포로 되어있기에 몇 종류의 세포로 되어있는가를 빨리 카운트하라. 가장 큰 방법이다. 간세포는 세포종류가 10개가 안 된다. 근육의 세포는 다육세포라 카운트 안 한다. 신경으로 가면 카운트하는 세포가 5개이다. 세포 안에서는 첫 번째 무조건 단백질 이름을 기억한다. 두 번째 “몇 개의 아미노산으로 되어있는가?”를 체크한다. 궁극적 질문이다. 단백질 1000개의 각각 아미노산이 몇 개로 되어있는가를 안다면 최고의 지식이다. 그런 사람은 생리학을 꿰뚫어 본다. VIP는 아미노산 28개로 기억한다. SST는 아미노산 14개일 뿐이다. 알부민은 아미노산 583개이다. 헤모글로빈의 글로빈 유니트는 대략 400개이다. 단백질 이름 알고 아미노산 몇 개인지만 알면 수많은 단백질이 나와도 안 헷갈린다. 미토콘드리아 호흡체에 있는 NADH 효소단백질은 아미노산 몇 개인가? 서브유니트가 40개가 넘고, 아미노산이 대략 1만 개가 넘는다. 아미노산 3개만 쓰는 단백질이 있다. 콜라겐이다. 콜라겐은 어마어마하게 긴데, 들어가는 아미노산은 90%가 3종류이다. 글리신, 프로린, 리신이다.
신경세포는 몇 종류인가? 포유동물은 200종류의 세포가 있다. 해면동물은 60종류이다. 적어도 10종류 세포는 나열할 수 있어야 한다. 간세포, B세포, T세포, 적혈구세포, 허파꾀리에 있는 Type1, Type2 세포, 신경세포에는 6종류가 있다. 피라밋세포, 올리고덴드로사이트, 슈반세포를 그렸다.
네 번째 세포를 그린다. 성상세포(astrocyte)이다. 이 세포의 결정적 기능은 혈관 내피세포 쪽에 있다. 혈관에서 산소와 글루코스를 시냅스로 전달해주어야 하는데 그 역할을 성상세포의 발이 해주고 있다. 혈관내피세포에 수염이 나 있는데, 당질피질(glycocalyx)이라고 한다. 혈관 속에 적혈구와 혈액이 지나가는데, 계속 세포에 닿으면 세포가 죽는다. 100년 동안 계속 흐르면 수도관이 견뎌나지 못한다. 그래서 내피세포 하나에 10만 개의 수염이 나온다. 하나의 우주이다. 수명이 2주~5분이다. 이것이 콘드로이틴, 히알루논산과 같은 것이다. 온몸에 있는 모든 세포를 10만 개씩 뒤덮고 있다. 두 개의 세포가 인접해있는데, 완충지대가 없으면 안 된다. 연골이 모든 세포 사이에 들어가야 한다. 그래야 100년 동안 압력을 받아도 견딘다.
다섯 번째 세포는 미세아교세포(microglia)이다.
피라밋세포는 위쪽으로 수상돌기를 내고 피질의 맨위층에서 서로 연결되어 있다. 피라밋 세포의 수상돌기에서 신호를 받으면 시냅스를 통해 근육세포에 전달되어 운동을 한다. 피라밋 세포끼리만 짝짝궁하면 되는가? 메인이긴 하지만 그것만으로는 안된다. 고구마밭이 있으면 고구마만 파도 기억을 잘 알 수 없어 지금의 신경과학은 고구마밭을 본다. 숫자로도 10배 되는 세포가 있는데, 인터뉴런(interneuron)이다. 더 구체적으로 인터뉴런 PNN(Perineuronal network)이다. 인터뉴런 3종류(VIP, SST, PA) 중에 특히 중요한 것이 PA 인터뉴런의 주변을 에워싸는 매트릭스 조직이 특화되어 있다. PA(Parvalbumin)를 방출하는 인터뉴런이 왜 중요한가? 빠른 발화(Fast firing) 그리고 피라밋 뉴런이 네트워크를 만들면서 하는 것이 γ-oscillation이다. 또 꿈에서 Sharp wave ripple 과 sleep spindle의 co-occurence가 일어나는 것도 피라밋 뉴런과 PA 인터뉴런의 작용이다.
여섯 번째 PA-인터뉴런을 그린다. 등장인물 다 등장했다. 복셀 속에 이런 패턴이 만개 들어 있다. 그중 하나의 패턴만 정확히 분석하면 된다. 피라밋 뉴런이 흥분하여 발진을 하면 0.1~1000Hz 사이가 우리 정신작용이다. 이진법으로 모두 1이 되면 정보가 없다. 정보는 리듬이다. 1과 0의 변화무쌍한 패턴이 정보이다. 어떻게 0을 만드는가? 파동을 없애주어야 한다. 망치를 치면 파동이 없어진다. 망치 치는 것이 인터뉴런이다. 브레이크 밟는 억제이다. 이때 나오는 물질이 GABA이다. GABA 채널은 세포 밖 바닷물에 NaCl이 있으면 GABA채널에 물려 Cl-이 들어온다. 세포내부의 평형전위가 –65mv인데, Cl-이 들어오면 더 떨어져서 –85mv가 된다면 완전 기죽어 있는 것이다. 괴잉억제이다. 반대로 Na+가 들어와 –50mv로 올라가면 스파크가 튀는데 이를 활동전위(action potential)라고 한다.
인터뉴런은 망치이다. 튀어나와 있는 못을 쳐서 들어가게 한다. TV화면에서 다 점이 있으면 검은종이, 다 점이 없으면 하얀 종이로 정보가 없다. 점이 있고 없고의 분포가 형태를 만드는 정보이다. 억제성 뉴런이 GABA성의 인터뉴런이다. 인터뉴런의 3종류가 VIP, SST, PV의 단백질을 방출하는 뉴런으로, 방출할 때는 Cl-가 들어오는 GABA성 억제뉴런이라고 한다. GABA성 억제뉴런이 많이 나오면 어느정도까지는 괜찮다. 대뇌피질에서 Glutamate와 GABA의 비율은 80:20이다. 그런데 GABA가 적게 나와 10%가 되면 간질발작이 일어난다. 벼에도 GABA를 많이 함유한 ‘가바쌀’이라는 품종이 있다. 일상생활에 다 만들어 낼 수 있다.
망치가 못을 함부로 때려서는 안된다. 의미있는 정보를 만들 때만 때려야 한다. 인터뉴런의 막에서 분비를 해서 막이 고슴도치를 만든다. 이것이 히알루론산(hyaluronic acid, HA)이다. 막에는 HA를 만드는 합성효소 HAS(HA synthetase)가 있다. 망치도 막에서 나오는데 고슴도치를 뚫고 피라밋뉴런에 가서 키스를 해야 한다. 인터뉴런을 둘러싸고 있는 고슴도치 망이 모든 세포에 다 있는데, 그 밀도가 다 다르다. 가장 밀도가 높은 곳이 PA-인터뉴런이다. 이 망을 신경세포주위연결망(perineuronal network, PNN)이라고 한다.
그럼 어떻게 구멍을 뚫는가? 갓 태어났을 때는 PNN이 없다. 막 가서 시냅스 할 수 있다. 2~5살까지다. 뭐든지 할 수 있는 아이들이다. 7살 되면 문을 닫는다. 뚫을 수 있는데 의도적 노력을 해야 한다. 자전거를 배우든, 기타를 배우든, 독일어를 배우든 학습을 할 때 일정기간 문을 열어놓는다고 하는데, 태어나서 7살까지는 대부분 열려 있다. 그때 뭐든지 공부시키면 된다. 예술분야는 선행학습이 필수다. 고등학교 때 시작하면 문이 닫혀서 “날샜다”고 한다. PNN 바깥에는 콜라겐, 엘라스틴이 있는 상태이다. 히알루론산이 왜 진화했는가를 보면, 사슬이 길수록 면역작용이 원활해진다. 사람마다 다 길이가 다르다.
Parvalbumin(PA)은 뭘 하는가? 대략 100개 정도의 아미노산이다. albumin은 538개 아미노산이다. 모르는 단백질 나오면 무조건 아미노산 개수를 찾는다. PA는 칼슘결합단백질(Calcium binding protein)이다. 칼슘결합단백질은 종류가 믾은데 그중 하나이다. 메인을 건드리는 것이다. 생명은 칼슘인데, 칼슘을 조절하는 단백질이다. PA-인터뉴런은 피라밋 뉴런의 몸통을 친다.
피라밋 뉴런 맨 위의 수상돌기를 건드리는 인터뉴런도 있다. 인터뉴런의 작용을 받는 다른 인터뉴런도 있다. 이것이 바로 VIP-인터뉴런과 SST-인터뉴런이다. VIP 단백질은 28개 아미노산으로 되어있다. SST는 14개 아미노산이다. 맨 위에 있기에 멀리 전방에서 들어오는 정보이다. 맨 위는 전체 피라밋 뉴런이 연결되어 있어 냄새가 다 전달된다. 소뇌에 있는 푸키네 세포(Purkinje cell)는 피라밋 세포 몸통의 바로 위를 공략한다. 목덜미를 건드리기에 탁 치면 바로 죽어 버린다. 여기서 발화를 하면 무조건 발화를 한다.
PA-인터뉴런은 피라밋 뉴런의 몸통을 치기에 빠르게 발화하면서 0과 1의 정보를 만든다. 그래서 기억의 핵심이다. 그런데 다층적이다. 민심은 수상돌기 위층에서 분위기를 전해준다. 그래서 무시 못 한다. 입자물리학도 5년 정도 하면 다 보이는데, 브레인은 20년 했는데 이제 중요한 문이 조금 열리는 느낌이 든다. 왜 10조원 들여 세계적 학자가 모인 블루브레인 프로젝트 결과가 빈약했는지를 이해할 수 있다. 10만 명이 모인 축구경기장에서 나는 함성 소리만으로 매초 단위로 축구선수가 어느 포지션에서 어떻게 공을 차는가를 찾아내야 하는 비유이다. 그래서 위층에서 나는 함성소리를 무시하면 안된다. 상황에 따라 이들이 더 중요해질 수 있다.
기본주인공인 고구마가 모두 등장했다. 그런데 무대장치인 고구마밭이 없다. 이제 신경과학에서 고구마밭을 주목하기 시작했다. 빈공간이 아니다. 그간 주인공들만 봤다. 그래서 못 뚫었다. 빈공간이 아니라 어마어마하게 빽빽한 extracellular matrix로 되어있고, 그 뉴럴버전이 PNN이다. 인류가 이 문을 연 것이다.
일망타진할 수 있는 것을 찾아내야 한다. 꿈의 경우와 같다. 꿈 속이 자연 속보다 경우의 수가 많다. 자연은 그대로 있고 내가 자연을 따라가는 경우는 자연은 안 바뀌고 나만 바뀐다. 그런데 꿈은 세계도 내가 만들고 나도 내가 만드니 서로 상호작용하는 경우의 수가 더 많다. 여기도 같은 경우다. 여기서 자연은 세포 밖에 없다. 매트릭스는 세포가 만들었으니 꿈과 같다. 고구마밭은 자연이 아니다. 세포 밖의 모든 기질은 세포가 만들어낸 것이다. 이것이 다르다. 그래서 이쪽은 본질적으로 가상세계이다. 두개골에 다 갇혀 있고 세포가 다 만들었다.
여기서 자연은 딱 하나이다. 생물학에서 가장 중요한 개념이다. 나머지는 다 그 아들이고 손자이다. 생물학은 세포 이전에 딱 하나밖에 없다. 나머지는 다 세포가 만들었는데 세포가 만들지 않은 것이 글루코스(glucose)이다. 생물학이 입자물리학과 같다. 글루코스만 알면 다 안다.
#2
히알루론산과 콘드로이틴만 알면 이쪽 90% 다 온다. 가들이 누구냐? 가들은 세포가 만든다. 가들의 할아버지는 누구냐? 모든 생명의 기원은 God이다. 생물의 신은 Glucose이다. 글루코스가 다 만들었다. God라고 적고 Glucose라고 읽는다.
G(Glucose)는 세포속으로 들어올 때 확산으로 들어온다. GLT receptor가 4종류(GLT-1,2,3,4)가 있다. 브레인에서는 GLT-4 체널로 들어온다. 들어오면 못 나가도록 수갑을 채우는 것이 G6P(Glucose 6-phosphate)이다. G6P가 두 갈래길로 운명을 달리한다.
한쪽은 F6P(Fructose 6P)로 바뀌고, 다시 Glc-6P(Glucosamine 6P)로 바뀐다. Glc-6P는 2번 카본에 아민기(-NH2)가 붙은 것이다. 다음은 2번 카본이 N-아세틸기(NH-COCH3)로 바뀌어 GlcNAc-6P(N-acetylglucosamine 6P)가 된다. 다음은 인산이 1번 카본으로 자리 바뀌어 GlcNAc-1P가 된다. 다음은 인산을 떼내고 UDP(Uridine diphosphate)가 실어가서 UDP-GlcNAc이 된다. 다음은 글루코스가 갈락토스로 바뀌어 UDP-GalNAc(UDP-N-acetylgalactosamine)이 된다.
다른 쪽은 G1P로 바뀌고, 다음은 UDP가 와서 트럭에 실으면서 P를 빼서 UDP-G가 된다. 핵산(UDP)이 캐리어로 쓰인다. 놀랍다. 다음은 G가 변형이 일어나서 비타민 전구체인 GlcA(Glucuronic acid)로 바뀌어 UDP-GlcA가 된다. Gluconate와 Glucuronic acid를 분자식으로 구분해야 한다.
첫 번째 세기의 결혼식은 UDP-GlcA와 UDP-GlcNAc가 결혼해서 낳은 옥동자가 히알루논산(hyaluronic acid)이다. G에서 온 것이다. 연골에도 있고 부딪히는 곳에 다 있다. UDP가 부려 놓은 GlcA와 GlcNAc가 만 개 결합한 사슬이 된다는 것이다. “GlcA-GlcNAc-GlcA-GlcNAc-...”로 1만 개가 교번되어 있다. 1만 개면 길이가 10μm로 적혈구 지름(6-8μm)보다 크다.
두 번째 세기의 결혼식은 UDP-GlcA와 UDP-GalNAc가 결혼해서 낳은 옥동자가 콘드로이틴(Chondrotin)이다. 모두 G에서 나왔다. 히알루논산에는 황이 안붙지만 콘드로이틴에는 황이 붙어 Chondrotin sulfate가 된다. 황이 몇 번에 붙는가가 기억의 운명을 가른다.
이제 Glucose와 Gluconate, Glucuronic acid를 구분해야 한다. 딱 5분이면 된다. 너무 간단하다.
물(H2O)을 쪼개는 방식을 강조한다. 공유결합으로 있다가 이온이 될 때 H+로 떨어져 나오고 OH-로 되는 것이 생명의 분리이다. 수소원자 2개가 산소원자와 결혼해서 전자를 공유해서 물이 되지만, 나갈 때는 산소가 당기는 힘이 쎄서 수소가 전자를 떼놓고 나간다. ‘전기음성도’라고 한다. 그래서 H+가 되고 OH-가 된다. 물 분자 천 만개(107) 중에 한 개가 이렇게 쪼개진다. 그래서 물은 PH가 7이다. 그런데 수소가 전자 1개를 데리고 나가면 ·OH는 전기중성이 되고, 전자 하나가 Hydroxyl radical이 되어 노화의 주범이다. 이럴 경우는 원자폭탄이 터졌을 때다. 이를 방사선이라 한다. 그래서 방사선을 쬐면 암에 걸려 죽는다. 몸의 70%는 물이다. 방사선의 에너지가 워낙 강해서 물을 쪼갤 때 수소가 전자를 데리고 가버리기 때문이다. ·OH에 남은 전자 하나가 짝을 찾으려고 몸부림치게 되는데 이것이 Hydroxyl radical(·OH)이다. 생화학자는 이를 뻑치기 강도라고 한다. 수명이 10억분의 1초라 연구가 어렵다. 생겼다가 영향을 미치고 사라진다. 그래서 분석하기 어렵다. 물이 어떻게 쪼개지는가를 이해하지 못하고 생물학을 할 수 없다.
생물학은 이것 밖에 없다. 산소에서 물로 바뀌는 과정이 호흡이다. 광합성은 반대로 물에서 산소가 되는 것이다.
OH는 물에서 나왔다. 6번 탄소에 모두 OH가 붙는다. 1번에는 모두 O가 붙는다. 꺽인 곳은 모두 탄소이다. 탄소가 물을 함유해서 “탄+수화물”이다. 탄소가 물을 쪼개서 양쪽 팔에 가둔다. 2번은 OH, 3번은 H, 4번은 OH, 5번은 OH이다. 대칭의 법칙으로 반대쪽은 H, OH, H, H이다. 이것이 God이라고 적는 Glucose이다. 1번에 H+를 방출하고 OH가 붙은 것이 Gluconate로 5탄당 인산회로(PPP)에서 나온다. PPP에서 Ribose가 나오고 RNA가 나온다. 6번에 H+를 방출(acid)하고 O가 이중결합으로 붙은 것이 Glucuronic acid로 비타민C의 전구물질이다.
글루코스에서 나온 다당체를 부르는 이름을 정리한다. 지구에서 광합성을 통해 태양이 대기의 이산화탄소와 바다의 물을 결합시켜 나온 자식이 글루코스이다. 생물학 끝이다. 그래서 우리는 태양의 지식이다. 글루코스(탄수화물)에서 첫 번째 아들이 아미노산이다. 아미노산이 결합한 것이 단백질이다. 두 번째 아들이 Acetyl-CoA이다. Acetyl-CoA의 장남이 지방(Lipid)이다. 탄수화물, 지방, 단백질이 동급이 아니다. 탄수화물이 아버지이고 단백질과 지방은 아들이다. 아미노산에서 나온 것이 DNA와 RNA이다. 글루코스가 제우스이다. 이것밖에 없다. 강조를 안해서 실체를 모른다.
지방은 C와 H 덩어리이다. 석유이다. 탄소에 H가 붙은 것이다. 기능성 RNA는 사각형으로 그릴 수 있다. 단백질은 박스이다. Protein, Lipid, RNA에 계급장이 붙은 것이 모든 기능의 실체이다. Gly=Glu는 ‘당’이라는 어원이다. Gly가 많은 것이 Glycan이다. Protein에 당이 붙은 것이 Glycoprotein이다. Lipid에 당이 붙은 것이 Glycolipid이다. RNA에 당이 붙은 것이 GlycoRNA이다. 몇년 전 다당체 시장이 1600억 달러이다. 어마어마한 시장이다.
Proteoglycan이 있는데 glycan은 glucose가 많은 것이고, Proteo는 단백질이다. Glycoprotein과 Proteoglycan은 어떻게 다른가? 생화학 작명원칙이 오른쪽 우선주의이다. 오른쪽이 주인이다. Glycoprotein은 protein이 주인이고 glucose가 들어간 것이고, Proteoglycan은 Glucose가 주인이고 protein이 들어간 것이다. Proteoglycan은 연골에 나온다. Glycoprotein은 glucose가 다양하게 바뀌어 인식작용을 할 수가 있고 혈액형으로 가게 된다. Proteoglycan은 몇 종류 밖에 없다.
#3
이제 황을 어떻게 집어넣는가가 기억의 열쇠이다. 콘드로이틴에 집중해야 한다. PA interneuron을 알아야 브레인기억을 안다. PA interneuron 세포체를 크게 그린다. 이 세포가 다 만들어낸 것이다. 히알루논산, 콘드로이틴을 만든다. 모든 세포는 다 그렇게 한다. 핵막을 그린다. 핵막에 연결되어 유럽 고성의 화장실처럼 나온다. 화장실에 앉아서 볼일을 보는 것이 리보솜이다. 세포 하나당 100만 개이다. 리보솜 크기가 바이러스 크기이다. 리보솜이 떨어트리는 것이 아미노산 구슬이다. 화장실 이름이 소포체(ER, Endoplasmic reticulum)이다. 리보솜이 붙은 것이 RER(Rough ER)이다. 리보솜은 바깥에서도 볼일을 볼 수 있다. 만드는 단백질이 다르다.
유럽 고성에 발판처럼 나온 곳이 화장실이다. 밑으로 바로 떨어트린다. 런던에 대도시가 생겨도 성문화의 연장선으로 와서 런던 거리가 똥탕이었다. 그래서 양산 펴주고 볼일 보게 하는 직업이 있었다. 화장실이 따로 없다. 못 살아서가 아니고 성문화가 연결되어 그렇다. 한 문화를 벗어난다는 것이 어렵다. 그래서 지금도 유럽에는 화장실을 쓰려면 쫀쫀하게 돈을 내야 한다. 유럽의 법관들 가발문화가 있다. 가발이 하얀 것이 좋으니 밀가루를 뿌린다. 빵도 못 먹는 빈민에게는 억장 무너지는 소리다. 사회문제가 되어 폭동까지 일어났다. 또 창문이 작다. 세금을 창문 크기에 매겨서이다. 유럽에 고층건물이 없는 것은 지진과 관계있다. 문화적으로 만들어진 것은 수백 년이 가도 안 바뀐다.
리보솜에서 만드는 아미노산 세린(Ser)에 붙어서 당사슬을 붙이면, -(Xyl-Gal-Gal-GlcA)-가 4형제로 붙는다. 다음에 -(GalNAc)-가 붙고, 다음으로 -(GlcA-GalNAc)n-이 붙는다. 효소 CHPF(chondroitin polymerizing factor)가 -(GlcA-GalNAc)-만 n번 찍어낸다. 효소 CHSS(chondroitin sulfate synthase)는 찍어낸 -(GlcA-GalNAc)-에 황을 붙인다. n=100 정도이다. 병 청소하는 솔의 털이 CSPG(Chondroitin sulfate proteoglycans)이다. 살면서 경험하면 C4S나 C6S로 황의 위치를 바꾸어주어야 하니 황을 이동시켜야 한다. CST(Chondroitin sulfate transferase)가 마지막에 온다. 이 과정을 건드리면 생후 3개월 쥐가 20개월 쥐로 바뀌어버린다.
DNA에 CpG섬(CpG island)이라고 있는데, 시토신(Cytosine)에 메틸기가 붙는다. 노화연구의 핵심이다. CpG섬에 메틸기가 붙는 분포양상을 아는 것이 후성유전학의 코어이다. 메틸기를 붙이는 MCP-2 유전자를 로테이션시키니 유전병 레트증후군(Rett's syndrome)이 되어 저능아가 된다. 추적을 했더니 MMP-9이 줄어들고 C4S가 많아지고 해마의 CA2영역의 PA-인터뉴런 주위로 감옥이 빽빽하게 감겨있다. 시냅스를 만들지 못하니 최악으로 인지능력이 떨어진다. 무서운 이야기이다. C4S가 많아지면 고정되어 뉴런이 빠져나가지 못한다. 기억의 돌파구가 PNN이다. 알츠하이머, 파킨슨병, 자폐증도 이쪽으로 보고 있다.
기억의 코아는 황의 2, 4, 6번의 섞어치기이다. GlcA애 붙을 수 있는 자리는 2번 밖에 없다. GalNAc에는 4, 6번이 있다. Galactose는 Glucose에서 4번 탄소의 H와 OH가 바뀐 것이다. 황이 Gal 6번에 많이 붙으면(C6S) Plasticity 해서 학습이 잘된다. 그런데 시냅스가 많이 생기면 활성산소가 많이 생겨서 위험하다. 황이 Gal 4번에 많이 붙으면(C4S) stable 하지만 감옥에 갇히게 된다. 저능아가 된다. 그래서 자전거나 언어를 배울 때 결정적 시간 동안만 문을 열어주고 닫는다. 이것을 놓치면 자폐증으로 간다. 가지가 너무 많이 생기니 감각이 많이 들어오는 것을 못 참는다. 2022년 2023년 논문에 나오는 내용이다.
콘드로이틴 황산염 단백당(Chondroitin sulfate proteoglycans)이 만들어지는 곳이 골지체(Golgi body)이다. 코어단백질에 있는 아미노산 세린(Ser)에 OH에서 H를 떼고 붙는 것을 O-링크라고 하고, 아미노산 아스파트산(aspartate)의 NH에 H를 떼고 N에 붙는 것을 N-링크라고 한다. 코어단백질은 4종류가 있다. Aggrecan, Brevican, Versican, Neurocan이다. Aggrecan은 아미노산 2,200개로 되어 있다. 골지체는 유동체라 세포막과 만나면 세포외배출(Exocytosis)을 통해 통째로 막 바깥으로 나와서 긴 사슬로 있는 히알루논산과 링크단백질을 통해 붙는다.
그리스 유명한 철학자가 했던 말이 “모든 것은 연습하기 나름이다”. 너무 덤덤한 문장이다. 실행버전이 “연습하면 쉬워진다”이다. 인간이 하는 어떤 행위도 연습해서 쉬워지지 않은 것이 없다. 정확히 “Plasticity”이다. 모든 육상동물은 1년의 반을 쉬어도 근육이 퇴화하지 않는데 인간은 1년을 헬스 열심히 해도 두달 쉬면 근육이 다시 돌아간다. 그런데 사자나 늑대는 안 그렇다. 잘 잡아먹기 위해 훈련하지 않는다. 곰이 넉 달 동안 겨울잠 자고 봄에 깨도 하루 만에 옛날 힘이 나타난다. 그런데 인간은 넉 달 동안 누워있으면 걷지도 못한다. 인간의 핸디캡이다. 약한 점을 뒤집으면 다른 것이 보인다. 우리는 훈련하지 않으면 근육이 자라지 않는다. 훈련하면 금방 바뀌는데 훈련의 종류를 우리가 원하는 대로 할 수 있다. 뒤집어보면 엄청난 말이다. 인간의 고유함이다.
궁극적으로는 비율이다. C4S와 C6S의 비율이다. 비율이 정확히 유지되면 우리는 적당히 잘 기능한다. 그것이 작업기억과 연결된다. 작업기억은 전전두엽의 N-methyl-D-aspartate channel에 GluN2A와 링크된다. 전전두엽에서 작업기억이 잘 작동하는 것이 어마어마하게 중요하디. N-methyl-D-aspartate channel이 Ca 채널이다. 인터뉴런의 PA가 “Ca binding protein”이다. 이렇게 연결된다. 칼슘농도를 조절하는 것은 생화학에서 어머어마한 이야기이다.
#4
다음은 히알루론산과 콘드로이틴 분자구조를 그린다. 첫 번째 공통적인 Glucuronic acid(GlcA)를 링 구조로 바꾼다. 6번 탄소가 COO-로 된 것이 글루코스와 다르다. 세포 속에서 당의 90%는 링 구조로 되어있다. 첫 번째 링의 1번 탄소와 두 번째 링의 3번 탄소를 O로 연결한다.
두 번째 링에서는 히알루론산은 황이 없으므로 Glucose를 쓰면 되고, Glucose를 N-Acetylglucosamine(GlcNAc)로 만들어주기 위해, 2번 탄소에 ‘아민(NH2)+아세틸기(COCH3)’를 붙여준다. 히알루론산에서는 Glucose를 쓰기에 4번 카본의 OH는 아래로 온다. 반면 콘드로이틴에서는 Galactose를 쓰기에 OH가 위로 가서 N-Acetylgalactosamine(GalNAc)이 된다. 히알루론산은 두 개의 링이 결합한 구조의 반복인 n=250~25,000이 된다. n이 클수록 항생효과가 커진다.
분자식을 안 하면 10년 해도 헷갈린다. 공부를 해보면 모든 것이 기호이다. 20세기 최고의 수학자 힐버트의 최고의 꿈이 모든 수학을 기호로 표현하는 것이다. 일반상대성 이론도 이쪽이다. 의미를 묻지 마라. 기호이다. 의미를 물으면 가면 갈수록 헷갈린다. 기호를 익히면 의미는 자동으로 따라온다.
α-글루코스 1번 탄소의 OH를 돌려주면 β-글루코스가 되고 다당체가 셀룰로오스가 된다. 그래서 나무는 설탕 덩어리이다. 염소가 책을 뜯어 먹는다. 고목을 개미가 갉아 먹는다. 개미에게는 고목이 설탕 덩어리이다. 셀룰로오스 분해하면 글루코스이기 때문이다. 염소 창자 속에 박테리아가 셀룰로오스를 분해할 수 있다. 인간이 셀룰로오스를 분해할 수 있다면 식량문제가 다 사라질 것이다.
중요하다는 것이 중요하다. 10만 시간의 법칙이 깨지고 있다. 결정적인 것이 빠지면 10만 시간을 보내도 안 된다. 중요하다는 이야기를 자주 하는 사람은 된다. 10만 시간을 보냈다는 것이 중요한 것이 아니고, 무엇이 중요한가를 반복적으로 연습한 사람이면 20시간이면 된다. 중요한 것은 시간이 아니고 빈도이다. 또 한 가지 ‘몰입’도 마찬가지다. 몰입만 한다고 되는 것이 아니다. 전제는 빈도이고 강조이다. 정보는 넘쳐나는데 가르치는 사람이 무엇이 중요한가를 안 가르친다. 10만 시간을 보내도 강조점을 안 찍어주면 다 허물어진다. 대부분 사람들이 강조를 안 한다. 우리 교육에 강조가 빠졌다.
콘드로이틴은 히알루론산의 글루코스에서 4번 OH만 위로 위치하도록 바꾸어 갈락토스로 만들면 된다는 것을 “강조”한다. 생물학은 입자물리학과 비슷하다. 너무 잡다한 것이 들어가서 근본뿌리를 모른다. 근본뿌리는 단 하나 글루코스라는 것을 철저히 알면 다 만들어낼 수 있다.
4번과 6번의 OH에서는 H를 뗄 수 있다. 그리고 SO3-를 붙여준다. C4S(Chondroitin 4-sulfate)와 C6S(Chondroitin 6-sulfate)로 부른다. 이것이 기억의 프론티어이다. 콘드로이틴의 구조 반복 n=20~60이다. 히알루론산은 250-25,000이다. 완전히 다른 이야기이다. 모든 정보는 숫자에 있다. 링의 크기가 약 1nm이므로, 콘드로이틴 사슬길이는 약 100nm(=0.1μm)이다. 이것이 과학이다. 100μm 부터는 눈에 보인다. 손가락 끝은 대략 20μm 까지 감지한다. 콘드로이틴 첫 번째 링인 GlcA에도 2번 탄소의 OH에 H가 빠져 나가고 SO3-가 붙을 수 있다. 이를 C2S(Chondroitin 2-sulfate)라고 부른다.
콘드로이틴은 CSA, CSB, CSC, CSD, CSE로 구분한다. CSA는 C4S, CSB는 DS, CSC는 C6S, CSD는 C2,6S, CSE는 C4,6S이다. CSB를 빼면, 콘드로이틴에 황을 붙이는 4가지의 비율이 학습할 때 따라간다. 성장시기에 따라, 브레인 부위에 따라 다 다르다. 히알루론산과 콘드로이틴은 PNN(Perineuronal network)이다. 브레인 영역마다 PNN이 다르다. 척수의 α-MN에는 80%가 PNN이 있고, 척수 중간의 IMM 영역에는 50%가 있고, 감각이 들어가는 dorsal horn에는 20%,가 있다.
기억의 전체 이야기는 이러하다. 인류가 알게 된 것이 피라밋 뉴런이 있고 PA 인터뉴런이 시냅스를 하는데, 오토시냅스(Autapse)도 할 수 있다. 오토시냅스가 작동할 때가 바로 γ-오실레이션이 일어나는 타임과 맞다. 모든 세포와 세포 사이에는 ECM(extracellular matrix)이라고 하는 콜라겐이 기본으로 깔려 있고, 뉴런 부근에 특히 인터뉴런 주위에 인터뉴런이 만들어낸 PNN이 밀집되어 있다. 콜라겐에 붙어서 하알루론산이 있고, 히알루론산에 코어프로틴이 붙고, 코어프로틴에 콘드로이틴 황산염이 붙는다. 황산염의 붙는 위치에 따라 C4S, C6S, 2,6S, C4,6S 비율이 달라진다. 특히 C4S와 C6S의 비율이 중요하다. C4S가 많아지면 stable 해서 감옥이 된다. 그러면 학습이 안 일어난다. 만일 해마의 CA2에 일어나면 레트증후군(Rett's syndrome)이라는 유전병으로 백치가 된다. MMP-9이 PNN 구멍을 뚫어 학습이 일어나게 하는데, CpG를 메틸화하는 효소에 돌연변이가 일어나서 MMP-9이 줄어들고 PNN 구멍을 못 뚫어 PNN은 강해지고 모든 학습이 일어나지 않아 백치가 된다. 나이가 들면 PNN이 강해져서 꼰대가 된다. 분자레벨에서 꼰대의 실체를 알게 된다. PNN이 풀어지면 좋기는 한데, 계속 풀어지면 스파인이 많이 생기고 에너지를 많이 쓴다. 그러면 학습이 폭발적으로 일어나고 미토콘드리아에서 에너지를 많이 만들어야 한다. 그러면 미토콘드리아에 활성산소가 많이 생긴다. 그래서 비율이 중요하다. 끊임없이 맞추어주어야 한다.
궁극적으로 강조하여 적어준다. C6S와 C4S의 비율이다. C6S가 많아지면 Plasticity, C4S가 많아지면 memory generation 저하로 꼰대가 된다. CHST(Chondroitin sulphate transferase) 유전자를 Knock out 시키면 C4S가 높아져서 3개월 된 마우스가 20개월 된 꼰대가 되었다.
#5
메인그림(#1)의 과정이 공짜로 돠지 않는다. 첫 번째 과정은 뉴런의 축삭이 나가서 시냅스를 할 때는 어마어마하게 많이 한다. ‘Synaptogenesis’라고 한다. 두 번째 과정은 다른 세포가 와서 축삭을 감는다. ‘Myelination’이라고 한다. 세번째 과정은 중추신경계 면역세포인 마이크로글리아가 시냅스를 잡아먹고 중요한 것만 남긴다. ‘Synaptic refinement’이다. 잠잘 때 주로 솎아치기를 한다. 그래서 잠잘 때 브레인이 줄어든다. 네 번째 과정은 랑비에 결절이 대략 1μm이고 슈반세포는 1000개 정도 있을 수 있다. 운동에서는 속도가 빨라져야 한다. 그래서 랑비에 결절의 미세환경을 조절하여 축삭이 최적화가 되게 한다. 이를 ‘Axon refinement’이다. 이 과정이 PA-인터뉴런에서 일어나면 전전두엽(PFC)의 작업기억(WM)을 원활하게 만들어 준다.
중추신경계(CNS, Central Nervous System)의 올리고덴드로사이트(Oligodendrocyte)의 원세포를 OPC(Oligodendrocyte progenitor cell)라고 한다. 가지가 2개 있다면, 이동(migration)을 하면서 동시에 세포증식(proliferation)이 일어난다. 여기에 들어가는 효소가 tenascin-C이다. 그러면 가지가 여러 개가 생긴다. 다음으로 β-integrin 효소가 작동하면 CNS의 axon이 4개가 나왔다면 OPC의 가지가 4개 나와서 axon을 감는다.
말초신경계(PNS, Peripheral Nervous System)는 슈반원세포(Schwann cell progenitor)에 laminin이라는 효소가 작동하면 axon bundle에 슈반세포가 각각 붙어서 axon을 만다. 이를 수초화(myellination)라고 한다. 말초신경에는 axon이 광섬유다발처럼 되어 있고 낱개 가닥을 슈반세포가 감는데 axon 한 가닥을 1000개까지 감는다. 여기에는 dystroglycan과 β-integrin 효소가 들어가서 작동한다.
이 두 과정을 정확히 알면 메인그림(#1)을 마음대로 그릴 수 있다. 그냥 만들어지는 것이 아니다. 모든 것은 연습하기 나름이다. 갑자기 되는 것이 아니다.