전뇌·중뇌·후뇌의 기원 차이 연구…뇌는 정말 두 갈래에서 시작했나

뇌는 하나의 전구세포에서 만들어진다는 오랜 설명에 균열이 생겼다.

스탠퍼드대 카일 로 교수팀은 전뇌·중뇌와 후뇌가 서로 다른 전구세포에서 출발한다고 보고했다.

하나로 이어진 뇌가 발생 초기에는 뿌리가 다른 두 영역으로 나뉘어 형성된다는 것이다.

연구 결과는 학술지 ‘네이처 신경과학’에 실렸다.

전뇌·중뇌·후뇌는 완성된 뇌 부위가 아니라 발생 초기 관 모양 뇌의 앞쪽에 생기는 세 마디를 가리킨다.

전뇌는 대뇌·해마·시상과 망막으로, 중뇌는 뇌의 가운데 부분으로, 후뇌는 소뇌·뇌교·연수로 자란다.

이들 전체가 외배엽에서 유래한 한 종류의 전구세포로 만들어진다는 설명은 1952년 네덜란드 발생학자 피터 니우코프의 연구 이후 정설로 여겨졌다.

새로운 의문은 줄기세포 실험에서 나왔다. 만능줄기세포로 전뇌·중뇌 세포는 만들 수 있었지만 후뇌 세포는 얻기 어려웠다.

연구팀은 생쥐 배아에서 전뇌·중뇌 쪽 유전자 Otx2와 후뇌 쪽 유전자 Gbx2를 각각 다른 색으로 표시해 발생 과정을 추적했다.

발생 8일째 배아에서 파란색과 빨간색이 따로 관찰돼, 두 영역이 전구세포 단계부터 갈라져 있음을 보여줬다.

연구팀은 이를 각각 ‘앞쪽 신경외배엽’과 ‘뒤쪽 신경외배엽’으로 불렀다.

연구팀은 후뇌 전구세포가 되는 조건을 찾아 인간 만능줄기세포에서 후뇌 운동뉴런을 만드는 데도 성공했다.

이는 후뇌 세포를 다루기 어려웠던 기존 방식의 한계를 넘는 결과다.

후뇌는 숨 쉬기와 먹기 같은 기본 기능에 관여하며, 얼굴·목 근육을 움직이는 운동뉴런이 손상되면 씹고 삼키기 어려워질 수 있다.

대뇌피질 기능을 흉내 내는 인공지능과 달리, 생명을 유지하는 후뇌의 작동 원리는 이제 연구가 본격화되는 영역이다.