이 연구 주제는 중추신경계 시냅스에서 신경전달물질이 어떤 분자적 기전으로 방출되고 다시 회수되는지를 규명하는 데 초점을 둔다. 연구실은 분자신경생물학과 신경세포생리학을 기반으로, 흥분성 및 억제성 신경말단에서 시냅스 소포의 융합, 엔도사이토시스, 재활용 과정이 어떻게 구분되어 작동하는지 탐구한다. 특히 시냅스 전달 효율과 방출 확률이 신경회로의 안정성, 정보처리, 학습과 기억 형성에 어떤 영향을 미치는지를 분자 수준과 기능 수준에서 함께 해석하는 것이 핵심이다. 구체적으로는 CDK5, Calcineurin, NSF, SV2A, FCHO1, Synaptoporin, Flotillin-1과 같은 시냅스 조절 인자들이 소포체계와 막교통에 미치는 영향을 분석한다. 단일 분자 혹은 단일 단백질의 역할을 넘어서, 이들 인자가 서로 어떤 균형과 네트워크를 이루어 시냅스 소포의 방출과 회수 타이밍을 조정하는지 살펴본다. 연구실은 광생리학, 전기생리학, 이미징, 분자세포생물학적 조작을 결합하여 활동 의존적 시냅스 반응을 정밀하게 측정하고, 흥분성/억제성 신경세포 간 차별적 특성까지 비교한다. 이 연구는 정상적인 뇌 기능 이해뿐 아니라 파킨슨병, 알츠하이머병 등 신경퇴행성 질환에서 나타나는 초기 시냅스 이상을 설명하는 데도 중요하다. 시냅스 소포 순환 장애는 신경회로의 정보 전달 실패로 이어질 수 있으므로, 관련 분자들을 표적화한 치료전략 개발 가능성이 크다. 따라서 본 주제는 기초 신경과학과 질환 응용 연구를 연결하는 중심 축으로서, 향후 정밀 신경조절 및 신경질환 치료기술 개발의 기반을 제공한다.

이 연구 주제는 흥분성 신경세포와 억제성 신경세포가 서로 다른 세포내 기전과 시냅스 특성을 통해 뇌신경회로의 균형을 어떻게 유지하는지 규명하는 데 목적이 있다. 뇌 기능은 단순히 신경세포의 활성 정도만으로 결정되지 않고, 흥분과 억제의 정교한 균형에 의해 조절된다. 연구실은 이러한 균형이 무너지면 인지기능 저하, 이상행동, 신경퇴행성 변화가 발생할 수 있다는 점에 주목하여, 세포 특이적 수준에서 회로 기능을 분석한다. 특히 소포체-미토콘드리아 상호작용이 흥분성/억제성 신경세포에서 어떻게 다르게 작동하며, 이것이 시냅스 전달과 회로 활성에 어떤 영향을 미치는지 연구한다. 이를 위해 세포 특이적 기능 모니터링 센서 개발, in vitro 및 in vivo 분석, 광-생리학적 조절 기술 등이 활용된다. 또한 corticostriatal circuit과 같은 특정 회로를 대상으로 미세유체 기반 전기자극 장치 등 공학적 접근을 접목하여, 실제 회로 수준에서 기능 변화를 정량화하려는 시도가 이루어진다. 이러한 연구는 뇌 회로의 기본 작동 원리를 이해하는 데 기여할 뿐 아니라, 회로 수준 이상이 병태생리로 이어지는 과정을 설명하는 데 매우 유용하다. 흥분성/억제성 불균형은 자폐 스펙트럼, 간질, 퇴행성 뇌질환 등 다양한 질환과 연결되어 있기 때문에, 세포 유형 특이적 조절기전의 해석은 차세대 치료 표적 발굴로 이어질 수 있다. 본 연구실은 분자기전, 세포생리, 회로신경과학을 통합하여 이러한 다층적 문제를 해결하고자 한다.

이 연구 주제는 알츠하이머병과 파킨슨병 등 신경퇴행성 질환에서 시냅스 수준의 이상이 어떻게 질환의 시작과 진행을 유도하는지를 밝히는 데 초점을 둔다. 연구실은 질환이 대규모 세포사 이전에 이미 시냅스 기능장애로 시작될 수 있다는 관점에서, 시냅스 전달 저하, APP trafficking 이상, 아밀로이드 베타 축적, 질환 연관 단백질 기능 결손 등을 집중적으로 분석한다. 이를 통해 신경퇴행성 질환의 조기 병리 단계를 분자적으로 해석하려는 접근을 취한다. 연구 내용에는 SPIN90 결손이 APP 이동과 아밀로이드 베타 축적에 미치는 영향, ApoE 결핍이 해마 시냅스 전달에 미치는 효과, DJ-1 결손과 시냅스 소포 엔도사이토시스 이상 등이 포함된다. 더 나아가 신경세포와 교세포의 상호작용, 삼자시냅스 단위의 부착단백질 기반 조절, 대사 및 신경염증 제어 기전도 함께 다루면서 질환을 단일 세포가 아닌 네트워크와 미세환경의 문제로 이해하려 한다. 최근에는 극지 지의류 유래 라말린 및 유도체를 활용한 항치매 후보물질 발굴과 작용기작 규명도 수행하고 있다. 이 연구는 질환의 조기 진단 바이오마커와 기전 기반 치료제 개발에 직접 연결될 수 있다는 점에서 의의가 크다. 시냅스 기능 회복은 단순 증상 완화가 아니라 인지기능 유지와 질환 진행 억제를 동시에 겨냥할 수 있는 전략이기 때문이다. 본 연구실은 기초 분자신경과학에서 출발해 후보 약물, 기능성 분자, 세포 간 상호작용 제어 기술까지 확장함으로써, 신경퇴행성 질환의 정밀 치료 플랫폼 구축에 기여하고 있다.