연구실의 핵심 역량 중 하나는 글루탐산 수용체를 중심으로 한 시냅스 신호전달 네트워크를 해부하는 것이다. 뇌에서 글루탐산은 대표적 흥분성 신경전달물질이며, 그 수용체의 활성 변화는 학습, 기억, 보상, 습관형성, 중독 행동에 직접 연결된다. 본 연구는 특히 mGluR1/5, AMPA, NMDA 수용체 사이의 기능적 연결성과, 이들이 세포 내 키나아제 및 전사조절 경로를 통해 어떤 적응적 변화를 만드는지 규명한다. 이 과정에서 수용체 인산화는 매우 중요한 분석 지표다. 연구실은 mGluR 자극에 의해 GluR1 AMPA 수용체 또는 NMDA NR1 서브유닛의 인산화가 어떻게 조절되는지, 그리고 ERK1/2, JNK, PKC, PKA, PP2B 같은 효소들이 이 반응을 어떻게 매개하는지를 지속적으로 탐구해 왔다. 이러한 연구는 단일 분자 변화에 머물지 않고, 특정 신호축이 뉴런 흥분성, 시냅스 효율, 즉각유전자 발현, 장기적 행동변화에 미치는 영향을 연결해서 본다는 점에서 강점이 있다. 결과적으로 이 연구는 시냅스 수준의 미세한 조절이 뇌 기능 전체의 변화로 이어지는 원리를 설명하는 기반을 제공한다. 이는 중독뿐 아니라 습관형성, 동기조절, 보상학습, 나아가 퇴행성 및 정신신경질환에서 나타나는 비정상적 신호전달의 이해에도 적용될 수 있다. 앞으로는 수용체 복합체의 구조적 상호작용, 세포 유형별 반응 차이, 생체 내 실시간 신호 측정 기술을 결합해 더욱 정밀한 시냅스 조절 모델을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구 주제는 코카인, 니코틴 등 중독성 물질이 뇌의 보상회로와 운동 관련 회로에 어떤 분자적·세포적 변화를 유도하는지를 규명하는 데 초점을 둔다. 특히 선조체(dorsal striatum, caudate-putamen)와 측좌핵 등에서 반복적 약물 노출이 행동민감화, 약물추구행동, 보상 반응의 증폭으로 이어지는 과정을 신경생물학적으로 해석한다. 연구실의 발표 및 논문 이력을 보면 글루탐산 신호전달, 도파민 조절, 수용체 인산화, 세포내 신호전달계의 재구성이 핵심 축을 이룬다. 구체적으로는 group I metabotropic glutamate receptor(mGluR1/5), AMPA 수용체 GluR1, NMDA 수용체 NR1, MAPK/ERK, JNK, CREB, Elk-1 등의 연계 메커니즘을 다룬다. 반복적 코카인 또는 니코틴 투여 후 선조체 내 글루탐산 방출 증가, 수용체 인산화 변화, 행동반응 증폭 사이의 인과관계를 분자수준에서 추적하며, 일부 연구에서는 BDNF, ER stress 반응 단백질, 단백질키나아제 경로까지 확장하여 약물 노출이 신경가소성을 어떻게 재편하는지 분석한다. 이러한 접근은 중독을 단순한 행동문제가 아니라 장기적 신경회로 재구성의 결과로 이해하게 해준다. 이 연구는 중독 예방 및 치료 타깃 발굴이라는 점에서 응용 가능성이 크다. 실제로 mGluR5의 카복실 말단 유래 모티프를 활용해 JNK1 결합을 억제하고 약물의존성을 제어하려는 특허는 기초연구가 치료전략으로 확장될 수 있음을 보여준다. 앞으로는 특정 수용체-키나아제 상호작용, 교세포와 뉴런의 상호조절, 재발을 유도하는 환경 및 기억요인을 통합적으로 분석함으로써 중독의 정밀 제어 기술과 새로운 약물 스크리닝 플랫폼 개발로 이어질 가능성이 높다.

최근 연구 흐름을 보면 이 연구실은 전통적인 약물중독 신경과학을 넘어, 교세포와 시상하부 회로를 포함한 확장된 뇌-신체 조절 메커니즘으로 연구 범위를 넓히고 있다. 특히 성상교세포(astrocyte)의 glutamine synthetase가 니코틴 반복 노출 후 운동민감화에 관여한다는 연구는, 중독 관련 행동이 뉴런만이 아니라 교세포 대사 조절과도 긴밀히 연결되어 있음을 보여준다. 이는 뇌 기능 조절의 주체를 뉴런 중심에서 세포군 수준의 상호작용으로 확장하는 중요한 관점이다. 또한 시상하부 arcuate nucleus의 POMC 뉴런과 TRPM2를 중심으로 갈색지방조직(BAT) 열발생을 조절하는 연구는, 에너지 항상성과 체온 조절을 신경회로 수준에서 설명한다. POMC 뉴런 일부에서 TRPM2 발현을 확인하고, 화학유전학적 자극 및 길항제 처리, ADPR 기반 활성화 실험을 통해 BAT thermogenesis와 중심체온 변화가 유도됨을 제시함으로써, 시상하부 뉴런이 대사질환 조절의 핵심 스위치가 될 수 있음을 보여주었다. 이는 신경과학과 대사생리학의 융합 연구로서 의미가 크다. 이 연구 방향은 향후 비만, 대사증후군, 흡연 관련 대사이상, 만성 스트레스성 행동변화 등 다양한 문제에 적용될 수 있다. 교세포-뉴런 상호작용, 니코틴성 아세틸콜린 수용체, 글루탐산 대사, 시상하부 온도감지 채널의 결합 연구는 뇌가 행동과 생리 항상성을 통합적으로 제어하는 방식을 이해하는 데 중요한 토대를 제공한다. 더 나아가 특정 세포군 선택적 조절을 통한 정밀 치료 전략 개발에도 기여할 수 있다.

이 연구실은 신경생물학적 질문을 해결하기 위해 바이오센서와 전기화학적 측정 기술을 적극 활용해 온 특징이 있다. 뇌 조직과 세포에서 nitric oxide(NO) 및 neuronal nitric oxide synthase(nNOS) 활성 변화를 실시간 또는 준실시간으로 모니터링하려는 연구는, 신경전달과 분자신호를 직접 계측하는 방법론적 강점을 보여준다. 단순히 행동이나 단백질 발현만 보는 것이 아니라, 생체 내 화학적 신호의 동적 변화를 정량화한다는 점에서 높은 연구가치를 가진다. 대표적으로 cytochrome c가 변형된 전도성 고분자 미세전극, potentiometric immunosensor 등의 기술을 통해 in vivo NO 변화와 nNOS 활성화를 측정하였다. 이러한 플랫폼은 chronoamperometry, cyclic voltammetry 같은 전기화학 분석법과 결합되어 신경조직 내 미량 분자의 변화를 민감하게 검출할 수 있다. 약물 반복 투여 후 선조체에서 nitric oxide efflux가 증가한다는 연구 흐름과 연결하면, 이 센서 기술은 중독 관련 신호전달의 생체 내 지표를 파악하는 핵심 도구로 기능한다. 향후 이 분야는 다중분자 동시검출, 소형화된 이식형 센서, 세포특이적 신호 해석 기술로 확장될 수 있다. 특히 글루탐산, NO, 칼슘 신호, 수용체 활성 상태를 통합적으로 읽어내는 플랫폼이 개발된다면, 뇌 회로의 순간적 변화와 장기적 적응을 함께 추적할 수 있게 된다. 따라서 이 연구는 순수한 분석기술 개발을 넘어, 신경과학 실험의 정밀도와 해석력을 높이는 핵심 기반기술로 평가할 수 있다.