in Flyandbee, Woo Jae Kim (2014-) |

아스트로엔그램(astroengram): 성상세포는 기억의 저장고인가, 정교한 조율자인가 — 초파리는 무엇을 말하는가

들어가며

2026년 8월 10일 The Transmitter는 “Are parts of the memory trace found in the ‘astroengram?'”를 게재했고, 같은 해 초 Nature Reviews Neuroscience에는 Javier Sánchez Romero와 Marta Navarrete의 Perspective “Astroengrams: rethinking the cellular substrate for memory”(Nat. Rev. Neurosci. 27, 289–300, 2026; doi:10.1038/s41583-025-01012-2)가 실렸다. 두 자료는 “기억은 뉴런의 시냅스에 저장된다”는 도그마에 도전한다 — 성상세포(astrocyte)가 지지세포를 넘어 기억흔적(engram)의 구성요소일 수 있다는 것이다.

이 리포트는 (1) 두 출발 자료의 논지와 논쟁, (2) 아교세포(glia) 생물학의 역사와 개념, (3) 성상세포-기억 연구의 실험 증거, (4) “뉴런에서 글리아로”의 전환이 도구 때문인가 실재 때문인가라는 과학철학적 쟁점, (5) 초파리(Drosophila)에서의 아교세포 연구, (6) 김우재 연구실의 기여, (7) 독자가 모를 수 있는 최신 논문 발굴을 다룬다.

1부. 출발점 — The Transmitter 기사와 astroengram 리뷰

1.1 The Transmitter 기사의 논지

David Brzostowicki가 쓴 이 기사는 astroengram을 둘러싼 지지와 회의를 균형 있게 다룬다.

Marta Navarrete(Cajal 신경과학센터 PI) — astroengram 주창자. “아무도 이전에 시험하지 않았기 때문에” 성상세포가 기억을 지지하는 것을 넘어 저장하는지 아무도 모른다고 말한다. 성상세포 활동은 1990년의 한 연구(Cornell-Bell et al., Science 247:470, doi:10.1126/science.1967852)에서야 발견되었고, 뇌 이해의 현재 도구가 모두 “뉴런 세포와 관련”되어 있어 전환이 늦어졌다고 지적한다.

Steve Ramirez(보스턴대) — “만약 Ramón y Cajal과 Golgi가 성상세포로 시작했더라면” 훨씬 일찍 성상세포를 고려했을 것이라 말한다. 뉴런 재활성화만으로 회상을 유발할 수 있음을 보인 장본인(Ramirez et al., Nature 2012, doi:10.1038/nature11028)이지만, 지금은 성상세포가 “자기 나름의 계산 단위”로서 뉴런과 병렬·시너지·별개로 기억을 처리한다고 본다. “집을 걸고서라도 성상세포가 기억에 인과적 역할을 한다는 데 베팅하겠다.”

Jun Nagai(RIKEN 뇌과학센터) — 조심스러운 입장. “성상세포가 engram의 일부라 말하기엔 이르다”며 가장 강력한 증거는 여전히 뉴런을 engram의 핵심으로 가리킨다고 말한다. 다만 성상세포가 뉴런의 기억 접근을 조절하고 기억을 일관되게 유지하는 것을 돕는다는 점은 인정한다.

Ciaran Murphy-Royal(몬트리올대) — 결정적 비판: astroengram 논쟁이 기억(memory)과 정서 상태(emotional state)를 혼동하고 있을 수 있다. 그의 팀은 편도체 성상세포에서 아드레날린성 스트레스 신호 수용체를 knockdown하자 쥐가 “두려움을 잃고” 높은 단상 가장자리를 겁 없이 넘겨다보는 것을 관찰했다(Neuron 2026, doi:10.1016/j.neuron.2026.02.038). “정서 상태와 기억 자체를 분리하는 것이 우리의 과제.” 또 Nagai 연구에서 성상세포 칼슘 반응이 약 2주를 넘지 않아 평생 지속되는 기억의 일부라기엔 짧을 수 있다고 본다.

Dheeraj Roy(버팔로대) — 도구의 성숙 강조. 조작된 바이러스로 90~95% 성상세포 특이적 타깃팅을 달성하며 주변 뉴런을 건드리지 않을 수 있다. 원리적으로 같은 쥐에서 뉴런·성상세포 ensemble을 동시 태깅한 뒤 DREADDs로 뉴런을 침묵시키며 성상세포를 활성화해 성상세포만으로 회상이 가능한지 시험할 수 있다.

Mark Cembrowski(브리티시컬럼비아대) — 입증하려면 성상세포가 회상을 촉발할 수 있고 성상세포 없이는 회상이 무너진다는 것을 모두 보여야 하며 “둘 다 얻으면 제대로 요리하는 것.”

방법론적 난점: (1) 성상세포용 시간적으로 잘 제어되는 교란 도구가 아직 없다(Nagai). (2) chemogenetics/optogenetics는 뉴런에서는 작동하나 성상세포에서는 예측 불가능하고 도구 간 재현되지 않는다(Ramirez). (3) 성상세포는 **간극연접(gap junction)**으로 연결돼 칼슘 신호가 이웃으로 새어 결과를 오염시킨다(Murphy-Royal). (4) Nagai의 iβARK는 “첫 타깃 성상세포에서 영원히 발현”돼 어느 순간이 중요한지 짚을 수 없다.

1.2 Astroengram 리뷰의 핵심 주장

리뷰 원문은 이렇게 선언한다: “Astrocytes are now taking centre stage in the modulation of memory and other cognitive functions. Contrary to widespread assumptions, these glial cells activate as sparse groups, or ensembles, and reactivation of astrocyte ensembles recruited during learning produces recall.”(성상세포는 이제 기억과 다른 인지 기능 조절의 중심 무대에 오르고 있다. 통념과 달리 이 아교세포들은 성긴 집단, 즉 ensemble로 활성화되며, 학습 중 동원된 성상세포 ensemble의 재활성화는 회상을 만든다.) 따라서 engram은 뉴런뿐 아니라 학습 중 활성화되는 성상세포 ensemble도 포함하며, 이것이 ‘astroengram’이다.

근거로 삼는 세 축: Serra et al.(AstroLight, Nat. Neurosci. 28, 616–626, 2025); Williamson et al.(Nature 637, 478–486, 2025); Dewa et al.(Nature 648, 146–156, 2025).

이론적 핵심은 Josselyn & Tonegawa의 engram 판정 기준(Science 367, eaaw4325, 2020)을 성상세포에 적용하는 것이다: (1) 학습 시 활성화, (2) 학습 후 지속적 물리적 변화, (3) 재활성화 시 회상(충분성), (4) 억제 시 기억 손실(필요성). Navarrete는 자신의 연구가 충분성과 필요성 두 상자를 모두 체크했고 성상세포가 기억에 “필요하고 또한 충분하다”고 주장한다.

2부. 아교세포 생물학의 역사와 개념

2.1 개념사

Virchow(1856): “Nervenkitt”(신경아교, nerve glue) 개념 도입 — 이름 자체가 “풀”이라는 폄하를 담았다.

Ramón y Cajal과 Del Río-Hortega(20세기 초): Cajal은 성상세포를 상세히 그렸고, 제자 Del Río-Hortega는 미세아교세포(microglia)와 희소돌기아교세포(oligodendrocyte)를 발견·명명했다.

“지지세포” 패러다임(20세기 중반): 아교세포는 대사 지원·이온 완충·구조적 지지의 수동적 세포로 간주됐다. 전기적으로 흥분하지 않는다는 점이 이를 강화했다.

칼슘파와 gliotransmission(1990년대): Cornell-Bell과 Steven Smith 등이 1990년 배양 성상세포에서 글루탐산이 세포내 칼슘파(calcium wave)를 유발·장거리 전파함을 보였다(Science 247:470). 곧 성상세포가 글루탐산·ATP·D-serine 등 “gliotransmitter”를 방출한다는 개념이 나왔다.

Tripartite synapse(삼자 시냅스, 1999): Araque, Parpura, Sanzgiri, Haydon이 제안(Trends Neurosci. 22:208, 1999). 시냅스는 성상세포 돌기가 능동 참여하는 삼자 구조. Perea, Navarrete & Araque(Trends Neurosci. 32:421, 2009)가 정교화.

2.2 2000년대의 대논쟁 — gliotransmission은 실재하는가

  • Haydon 진영(찬성): IP3R2 의존적 성상세포 칼슘 신호가 gliotransmission을 매개하며 시냅스 가소성에 필요하다.
  • Fiacco & McCarthy 진영(회의): IP3R2 knockout 마우스에서 성상세포 칼슘이 제거돼도 시냅스 전달·LTP/LTD·행동에 변화가 없다(Agulhon, Fiacco, McCarthy, Science 327:1250, 2010; Petravicz, Boyt, McCarthy, Front. Behav. Neurosci. 8:384, 2014). gliotransmission이 “생리적 과정이 아니라 약리적 현상”이라 주장(Fiacco & McCarthy, J. Neurosci. 38:3, 2018).

이 논쟁은 astroengram 논쟁의 직접 선조다 — 성상세포 조작 결과 해석의 도구 의존성이라는 근본 문제가 그때 제기됐다. 후에 IP3R2 KO의 한계(성상세포 칼슘 대부분은 microdomain에서 IP3R2 비의존적)가 밝혀지며 두 진영 모두 부분적으로 옳았다.

2.3 현대 성상세포 생물학의 주요 축

  • ANLS(Astrocyte-Neuron Lactate Shuttle): Pellerin & Magistretti 제안. Suzuki et al.(Cell 144:810, 2011)은 해마에서 글리코겐 분해와 젖산 수송(MCT1/4→MCT2)이 장기기억에 필수임을 보였다. ANLS의 방향성·정량적 기여는 논쟁적.
  • K⁺ 완충과 글루탐산 흡수: EAAT1/EAAT2(설치류 GLAST/GLT-1).
  • 시냅스 가지치기: C1q/C3 보체와 MEGF10/MERTK.
  • 시냅스 형성: thrombospondin, hevin(SPARCL1), SPARC, glypican.
  • 혈액뇌장벽: 성상세포 endfeet.
  • 반응성 성상세포: A1(신경독성)/A2(신경보호) 이분법이 유행했으나 Escartin et al. 합의 성명(Nat. Neurosci. 24:312–325, 2021; 81명 참여)이 이를 명시적으로 기각하고 다변수·맥락 의존적 접근을 권고했다.
  • 적응적 수초화: 학습이 새 수초 형성을 유발(Gibson et al.; Steadman et al.).

2.4 성상세포의 이질성

single-cell/single-nucleus RNA-seq은 성상세포가 균질하지 않고 영역 특이적(해마 vs 피질 vs 선조체)·분자적으로 다양한 아형들임을 밝혔다. 이는 astroengram에 결정적이다 — 학습 특이적 ensemble이 성립하려면 성상세포 집단 내 기능적 다양성이 전제돼야 하기 때문이다.

3부. 성상세포와 기억·엔그램 — 실험적 증거

3.1 Engram 개념의 계보

Richard Semon(1904)이 “engram”을 창안, Karl Lashley가 위치를 찾으려다 실패, Donald Hebb(1949)의 세포 집합체 이론, 그리고 Josselyn·Tonegawa·Frankland의 현대 engram 연구(IEG 태깅, optogenetic 재활성화, 필요·충분성). Josselyn, Köhler & Frankland(Nat. Rev. Neurosci. 16:521, 2015)가 4기준을 정식화했다.

3.2 성상세포-기억 핵심 논문 (시대순)

Suzuki et al., Cell 144:810–823 (2011) — 성상세포 글리코겐 분해·젖산 수송이 장기기억(단기기억 아님)과 LTP 유지에 필수. 수송체(MCT1/4, MCT2) 교란이 기억상실을 유발하고 L-lactate로 구제.

Adamsky et al., Cell 174:59–71.e14 (2018; Goshen 랩) — 해마 CA1 성상세포 Gq-GPCR chemogenetic 활성화가 가소성과 기억을 향상. “기억 할당(memory allocation)”을 증가.

Kol et al., Nat. Neurosci. 23 (2020; Goshen 랩) — 해마 CA1 성상세포가 원격 기억을 위한 CA1→ACC 투사 동원에 영향. Gi/Gq 차등 기여(후속 Cell Rep. 43:113943, 2024).

Doron et al., Nature 609:772–778 (2022; Goshen 랩) — 해마 성상세포가 보상 위치를 encoding.

Sun et al., Nature 627:374–381 (2024; Südhof & Quake 랩) — 공간 전사체학으로 편도체(BLA) 장기기억 세포·분자 지도. 뉴런과 성상세포 아집단에서 수주 지속되는 기억 특이적 전사 서명(neuropeptide, BDNF, MAPK/CREB, ubiquitination). Penk↑/Tac↓ 뉴런 아집단이 engram 핵심이며, 인접 성상세포와 상호작용해야 장기기억을 encoding. doi:10.1038/s41586-023-07011-6.

Williamson et al., Nature 637:478–486 (2025; Deneen 랩, Baylor) — 학습이 해마(CA1, 치아이랑) 성상세포 부분집합에 c-Fos 유도. 학습 1.5시간 후 정점. The Transmitter 취재에 따르면 “over the course of the fear-conditioning experiment, 10 to 20 percent of astrocytes in the CA1 and dentate gyrus of the hippocampus become labeled positive for c-FOS expression”(공포조건화 실험 과정 동안 해마 CA1·치아이랑 성상세포의 10~20%가 c-FOS 양성으로 표지됨). 이 “학습 연관 성상세포(LAA)”는 engram 뉴런과 물리적·기능적으로 연결되며 재활성화가 회상을 자극. 성상세포 c-Fos knockout이 시냅스 강화·회상을 손상. NFIA를 특정 성상세포에서 억제하면 해당 기억 회상만 차단. doi:10.1038/s41586-024-08170-w.

Serra et al., Nat. Neurosci. 28:616–626 (2025; Navarrete 랩) — AstroLight(성상세포 칼슘 신호를 빛 의존적 유전자 발현으로 번역)로 측좌핵(NAc, 논문이 “an integrator hub in the reward system”으로 규정)에서 단서-동기 행동 중 활성화되는 성상세포 ensemble을 식별·조작. 재활성화가 보상 부위 선호를 바꾸고 침묵이 선호를 약화. 교신저자 Navarrete는 이렇게 말한다: “The fact that we could alter mouse behavior by selectively manipulating an astrocyte ensemble poses an intriguing question: are astrocytes a substrate for memory?”(성상세포 ensemble을 선택적으로 조작해 마우스 행동을 바꿀 수 있었다는 사실은 흥미로운 질문을 던진다 — 성상세포가 기억의 기질인가?) doi:10.1038/s41593-025-01870-0.

Dewa et al., Nature 648:146–156 (2025; Nagai 랩, RIKEN) — 정서적으로 현저한 경험이 성상세포 부분집합을 “생물학적으로 태깅”해 다일(multiday) 흔적을 만든다. 뇌 전역 Fos 태깅·이미징 개발. 성상세포 Fos ensemble은 뉴런 engram 영역에서 우선 동원되며 공포조건화보다 회상 중에 더 광범위. 2단계 기전: (1) 최초 공포 경험이 노르아드레날린 수용체 상향조절을 동반한 하루 단위 느린 성상세포 상태 변화 유도, (2) 회상 시 강화된 노르아드레날린 반응이 성상세포로 하여금 국소 engram과 장거리 신호를 통합. iβARK로 편도체 성상세포 신호를 침묵시키면 회상 손상. doi:10.1038/s41586-025-09619-2.

3.3 D-serine와 NMDAR 공작용제 (조절자로서의 성상세포)

성상세포가 D-serine을 공급해 NMDAR 공작용제 자리를 채운다는 계보 — Oliet, Panatier, Henneberger, Papouin, Fellin/Curreli. 성상세포가 시냅스 가소성의 “조절자”로 기억에 기여하는 고전 경로. D-serine의 세포 기원(성상세포 vs 뉴런)은 논쟁적.

3.4 반대 진영·회의론 (균형)

  • Mak et al., eNeuro 11:ENEURO.0056-24 (2024) — 피질 성상세포 Gs 신호 활성화가 지속적 맥락 기억 engram 형성에 영향 없음(null). 효과가 신호 경로(Gq/Gi vs Gs)·뇌 영역에 따라 달라짐.
  • Fiacco & McCarthy 계열 IP3R2 KO — 성상세포 칼슘의 생리적 필요성에 의문.
  • Murphy-Royal·Nagai의 유보 — 기억·정서 상태 혼동, 짧은 시간 척도, 도구의 시간 제어 불가.

3.5 개념적 쟁점 — 구성요소인가 조절자인가

핵심 질문: 성상세포가 engram의 **구성요소(정보 저장)**인가 **조절자(접근·안정성 조절)**인가. Cell Research 논평(doi:10.1038/s41422-024-01066-4)의 세 미해결 질문: (1) LAA가 정밀 정보를 저장하는가 아니면 뉴런 engram 지지로 격하되는가? (2) 해마·맥락 기억 특이적인가 일반화되는가? (3) 성상세포-뉴런 engram 상호작용의 본질은?

방법론적 난점: (a) 성상세포 칼슘의 느린 동역학(수초~수십초) vs 뉴런의 밀리초 스파이크. (b) 성상세포 돌기의 세포 경계 모호함과 간극연접 누출. (c) IEG 태깅 도구의 성상세포 특이성 — c-Fos가 뉴런·성상세포 모두 발현. (d) Aldh1l1/GFAP/GLAST/alrm 프로모터 한계 — GFAP는 모든 성상세포를 표지하지 않고 반응성에서만 강해짐. (e) GCaMP는 세포체 칼슘은 보나 미세도메인(microdomain) 칼슘은 놓친다. (f) 역추론(reverse inference)의 위험 — “조작했더니 행동 변화”에서 “따라서 기억 저장”으로의 비약.

4부. 과학철학적 쟁점 — 전환은 도구 때문인가 실재 때문인가

4.1 이론적 렌즈

  • Peter Galison(Image and Logic, 1997): 과학은 상대적으로 자율적인 “실험 전통”과 “도구 전통”에 추동된다. 기억 연구의 도구 계보(IEG 태깅→optogenetics→성상세포 특이적 도구)가 이에 부합.
  • Ian Hacking(Representing and Intervening, 1983): “조작할 수 있으면 실재한다.” 성상세포 ensemble을 AstroLight/DREADD로 태깅·조작·재활성화할 수 있게 되며 실재성 주장이 강해진다. 하지만 Hacking 기준은 조작이 일관된 인과 효과를 낼 때 성립하는데, 도구 간 재현 실패라는 Ramirez의 지적이 바로 이 지점을 흔든다.
  • Hans-Jörg Rheinberger의 실험계(experimental system): 과학적 대상은 실험계 안에서 “인식적 사물”로 출현. 성상세포 engram은 Fos 태깅+칼슘 이미징+chemogenetics의 산물.
  • Joan Fujimura의 “doable problem”: 실험실·분자생물학·사회적 세계가 정렬될 때 문제가 “할 수 있는 것”이 된다. 성상세포-기억이 지금 뜨거운 이유는 도구·저널·연구비가 정렬됐기 때문.
  • Robert Kohler(Lords of the Fly, 1994): 초파리는 특정 연구 관행을 낳은 “표준화된 도구 유기체”이며 도구의 경로의존성이 질문을 형성한다.

4.2 도구 발전 연대기 — “무엇을 볼 수 있게 했는가” vs “무엇을 보게 만들었는가”

  • GCaMP 계열: 성상세포의 비전기적 활동을 가시화. 그러나 “칼슘=성상세포 활동” 등식을 강제해 칼슘 비의존적 신호(cAMP 등)를 시야에서 지웠을 수 있다. Dewa et al.(2025)이 cAMP·노르아드레날린을 전면화한 것은 이 편향의 교정으로 읽힌다.
  • 성상세포 특이적 AAV, PHP.eB: 90~95% 특이성(Roy). 프로모터가 특정 아집단만 표지하는 편향.
  • GRAB 센서(GRAB-ATP, GRAB-NE, GRAB-Ado): gliotransmitter/신경조절물질 직접 관찰.
  • Chemogenetics(hM3Dq/hM4Di): 성상세포 해석 문제 심각 — Gq 활성화가 자연 활동을 모사하는지 불분명, CNO 오프타깃 논란.
  • AstroLight, iβARK: “성상세포는 칼슘으로 말한다”는 전제를 도구에 내장 — 도구가 무엇을 보게 만드는지의 문제를 첨예화.
  • 단일세포 전사체학, 확장/전자 현미경, connectomics: 이질성·미세구조 노출.

핵심 통찰: 이 도구들은 성상세포를 보이게 만들었지만 동시에 특정 방식으로(칼슘·ensemble·IEG 중심) 보게 만들었다. astroengram 개념 자체가 뉴런 engram 도구(Fos 태깅, ensemble, optogenetic 재활성화)를 성상세포에 이식한 것 — 개념 틀이 도구와 함께 이전됐다.

4.3 반론 — 도구 때문만은 아니다

도구 독립적 증거:

  • 진화적 보존: 초파리~포유류에서 성상세포 유사 세포·기전(글루탐산 수송, 칼슘 신호) 보존.
  • 인간 성상세포의 크기·복잡성 증가: Oberheim et al.(J. Neurosci. 29:3276, 2009)의 정량 — 인간 신피질의 원형질 성상세포는 설치류보다 지름이 2.6배 크고(평균 142.6±5.8 μm vs 56.0±2.0 μm), GFAP 양성 1차 돌기를 10배 더 뻗는다(세포당 37.5개 vs 3.75개).
  • 인간 아교 키메라 마우스: Han et al.(Cell Stem Cell 12:342–353, 2013; Goldman & Nedergaard). 초록 원문 — “Long-term potentiation (LTP) was sharply enhanced in the human glial chimeric mice…as assessed by Barnes maze navigation, object-location memory, and both contextual and tone fear conditioning. Mice allografted with murine GPCs showed no enhancement of either LTP or learning.”(인간 아교 키메라 마우스에서 LTP가 급격히 향상됐고 Barnes maze, 물체-위치 기억, 맥락·소리 공포 조건화로 평가한 학습도 향상됐다. 마우스 아교전구세포를 이식한 마우스는 LTP도 학습도 향상되지 않았다.) 이식된 인간 성상세포는 숙주보다 칼슘 신호를 “3-fold faster”(3배 빠르게) 전파했다. doi:10.1016/j.stem.2012.12.015.

동시에 과대해석·재현성 문제도 실재(Mak et al. null, IP3R2 논쟁).

4.4 유행의 사회학 — glia 연구의 급증

Verkhratsky는 “신경아교 르네상스는 21세기 전환기에 왔고 지난 25년은 신경아교 연구의 폭발을 목격했다”고 평했다(J. Neurochem., 2025; doi:10.1111/jnc.70080). 질병별 서지계량이 이를 뒷받침한다(모두 Web of Science 기반):

  • 알츠하이머병-성상세포: 2000~2024년 5,252편(원저 4,125+리뷰 1,127), 2016년 이후 급증(PMC11632101).
  • 인지장애-성상세포: “surging from 187 in 2015 to 554 in 2024″(2015년 187편에서 2024년 554편으로 급증). Front. Aging Neurosci. 17:1708008 (2026), doi:10.3389/fnagi.2025.1708008.
  • 파킨슨병-성상세포: 2001~2024년 2,408편, 2024년 219편 정점(doi:10.3389/fnagi.2025.1563142).
  • 뇌졸중-성상세포: 2001~2021년 3,789편(PMC9492963).

“아교세포가 뇌세포의 90%”는 틀렸다. von Bartheld, Bahney & Herculano-Houzel(J. Comp. Neurol. 524:3865, 2016)의 등방성 분획법 종합은 “the isotropic fractionator demonstrates a glia:neuron ratio of less than 1:1 and a total number of less than 100 billion glial cells in the human brain”(등방성 분획법은 인간 뇌의 아교:뉴런 비율이 1:1 미만이고 아교세포 총수가 1천억 개 미만임을 보여준다)라고 명시하며, Herculano-Houzel(Glia 62:1377, 2014)은 “약 90%” 통념이 “wrong on both counts”(두 가지 점에서 모두 틀렸다)라고 지적했다. Sherwood et al.(PNAS 2006)은 인간 전두피질에서 아교-뉴런 비율이 진화적으로 증가했음을 보였다. BRAIN Initiative, Human Brain Project가 세포 유형 지도(단일세포 전사체학)를 추동해 성상세포 이질성 발견을 가속했다.

5부. 초파리(Drosophila)에서의 아교세포

5.1 초파리 아교세포의 분류

  • 표면 아교(surface glia): perineurial glia(PNG)와 subperineurial glia(SPG). SPG는 septate junction으로 혈액뇌장벽(BBB) 형성 — 포유류 BBB 모델.
  • 피질 아교(cortex glia): 뉴런 세포체를 감쌈.
  • 성상세포 유사 아교(astrocyte-like glia, ALG): 신경망에 돌기를 뻗어 시냅스와 접촉 — 포유류 성상세포와 가장 유사.
  • 감싸는 아교(ensheathing glia): 신경망 구획화·식균작용.

5.2 초파리 성상세포 유사 아교의 분자적 특징

  • alrm(astrocytic leucine-rich repeat molecule) 프로모터: ALG 특이적 GAL4 드라이버.
  • Eaat1(글루탐산 수송체), Gat(GABA 수송체), repo(범아교 전사인자).
  • 칼슘 신호와 TRP 채널: Ma, Stork, Bergles & Freeman(Nature 539:428–432, 2016; doi:10.1038/nature20145)이 초파리 성상세포가 생체 내 활동 의존적 칼슘 신호를 보임을 입증. Tdc2⁺ 뉴런에서 방출된 티라민(tyramine)·옥토파민(octopamine)이 성상세포 Oct-TyrR 수용체와 TRP 채널 Water witch(Wtrw)를 통해 칼슘 증가를 유발하고, 성상세포가 하류 도파민 뉴런을 조절. 성상세포 칼슘 신호가 뉴런 회로·행동의 필수 중간자임을 보인 최초의 생체 내 증명. 티라민·옥토파민은 포유류 노르에피네프린의 기능적 상동물질로, Dewa et al.(2025)의 노르아드레날린 기전과 공명한다.
  • 최근 GPCR 신호가 성상세포 신경전달물질 반응성을 게이팅한다는 연구(Science, doi:10.1126/science.adq5729).

5.3 초파리에서 아교세포가 학습·기억에 관여한다는 증거

  • Matsuno et al.의 Klingon-Repo-Eaat1 경로: 장기기억(LTM)이 아교 전사를 요구한다는 결정적 증거. Klingon(Klg, 뉴런·아교 발현 세포부착분자)이 아교 전사인자 Repo 발현을 유도, Repo가 글루탐산 수송체 EAAT1 발현을 늘리며, EAAT1이 LTM 공고화에 필요. Klg-Repo-EAAT1 발현이 노화와 함께 감소해 노화 관련 LTM 손상. (Matsuno et al., PNAS 106:310, 2009; J. Neurosci. 35:5557–5565, 2015; iScience 15:55, 2019.) astroengram 담론보다 10년 이상 앞서 “학습이 아교의 전사적 변화를 요구”함을 보인 선구.
  • 버섯체(mushroom body)와 감싸는 아교: Draper/MEGF10 매개 축삭 가지치기와 기억.
  • 대사 커플링: 초파리 BBB 아교 해당작용이 뉴런 생존·뇌 당 수입에 필수(Volkenhoff et al.; Liu et al.의 lactate/alanine shuttle).
  • 버섯체 기억흔적 이미징 전통: Davis, Aso/Rubin, Waddell 랩이 Kenyon cell/MBON 칼슘 이미징으로 “기억흔적(memory trace)”을 정의. Yu et al.(J. Neurosci. 31:5643, 2011)은 α/β Kenyon cell 축삭 칼슘 유입 증가로 나타나는 LTM 흔적이 26개 LTM 돌연변이 모두에서 결손됨을 보였다. 여기에 아교가 어떻게 통합되는지는 미개척지.

5.4 C. elegans의 CEPsh 아교 (비교 참고)

선충 C. elegans의 CEPsh(cephalic sheath) 아교는 감각 뉴런과 상호작용하며 행동·신경회로 발달을 조절한다. 최소 신경계에서도 아교-뉴런 상호작용이 행동에 관여함을 보이는 비교 모델.

5.5 초파리에 “astroengram”이 있는가

현재까지 초파리에서 포유류식 astroengram을 직접 보인 연구는 없다. 그러나 재료는 갖춰져 있다: (1) alrm-GAL4로 ALG 특이적 조작, (2) 초파리 IEG(Hr38, sr 등)로 활동 태깅 가능성, (3) 버섯체 기억흔적 이미징 전통, (4) 완성된 connectome(hemibrain, FlyWire). 초파리가 astroengram 가설 검증에 이례적으로 강력한 시스템임을 시사한다.

6부. 김우재 연구실의 기여 — astroengram 담론 안에서

김우재(Woo Jae Kim) 연구실(하얼빈공업대학 HCLS)은 초파리의 짝짓기 지속시간(mating duration), 성경험 의존적 장기기억, 내부상태(internal state) 인코딩을 연구하며 반복적으로 뉴런-아교 상호작용을 마주쳐 왔다.

6.1 성상세포 특이적 유전자와 발생·생리

Zhang, X., Sun, D., Wong, K., Salkini, A., Najafi, H. & Kim, W. J. “The astrocyte-enriched gene deathstar plays a crucial role in the development, locomotion, and lifespan of D. melanogaster.” Fly 18(1), 2368336 (2024). doi:10.1080/19336934.2024.2368336. — 초파리 시각엽 단일세포 RNA-seq에서 성상세포 표지자 Eaat1과 유사한 발현 프로파일의 유전자 CG11000(deathstar)을 발굴. 면역염색으로 성상세포에서 Eaat1과 공발현 확인. deathstar RNAi 억제가 수컷 발생을 교란(암컷 무영향)하고, 성상세포 억제가 이동 속도·수명을 감소. → 성상세포 특이적 유전자 목록 확장, 성상세포 기능의 성적 이형성(sexual dimorphism) 시사.

Miao, H., Wei, Y., Lee, S. G., Wu, Z., Kaur, J. & Kim, W. J. “Glia-specific expression of neuropeptide receptor Lgr4 regulates development and adult physiology in Drosophila.” J. Neurosci. Res. 102(1), e25271 (2024). doi:10.1002/jnr.25271. — 인간 relaxin 수용체 상동물 Lgr4가 뉴런이 아니라 아교에서 발현돼야 발생·성체 행동·수명에 필요. 성체 특이적 아교 Lgr4 knockdown이 이동·수컷 번식 성공·수명을 감소. → 아교 GPCR이 인슐린/neuropeptide 신호를 매개해 뉴런 활동·행동을 선택적으로 조절. “아교가 내부상태·동기 신호의 세포적 기질”이라는 astroengram 확장과 맞닿는다.

6.2 핵심 논문 — sNPF 뉴런-아교 회로와 내부상태 인코딩

Zhang, X., Miao, H., Kang, D., Sun, D. & Kim, W. J. “Male-specific sNPF peptidergic circuits control energy balance for mating duration through neuron-glia interactions.” bioRxiv 2024.10.17.618859 (2024). doi:10.1101/2024.10.17.618859. (미출판 프리프린트)

김우재 연구실을 astroengram 논의에 연결하는 핵심 고리다. 요지: 성적으로 이형적인 sNPF-sNPF-R 회로가 성경험에 대한 “더 짧은 짝짓기(shorter-mating-duration, SMD)” 반응을 조절한다. sNPF는 주로 뉴런에서, 수용체 sNPF-R은 뉴런과 아교(특히 성상세포 유사 아교 ALG) 모두에서 발현된다. 저자들은 버섯체 바깥의 sNPF-R 발현 세포 부분집합을 **”Rishi cells(RS cells)”**로 명명했다. 성경험이 회로 전체의 칼슘 신호·시냅스 가소성에 광역적 변화를 유도하며, RS 세포의 sNPF-R 발현 뉴런·아교가 성경험 정보를 짝짓기 지속시간 관련 에너지 균형 행동으로 인코딩하는 데 결정적이다. 뉴런 포도당 대사(Tret1l 수송체)가 RS 세포 근처 sNPF 뉴런의 높은 칼슘 유지에 필수적이다.

astroengram과의 접점: 이 연구는 성상세포(ALG)가 기억을 지지하는 것을 넘어 성경험이라는 사회적 경험 정보를 내부상태(에너지 균형·동기)로 인코딩하는 회로의 능동적 구성요소임을 시사한다. astroengram 논쟁이 “기억 vs 정서 상태”(Murphy-Royal의 비판)로 갈라지는 바로 그 지점에서, 김우재 연구실의 작업은 성상세포가 내부상태·동기·에너지 균형의 세포적 기질일 수 있다는 제3의 관점을 제공한다 — astroengram의 확장판 “상태흔적(state trace)”. 이는 Dewa et al.(2025)의 정서적 현저성·노르아드레날린, Serra et al.(2025)의 측좌핵(동기·보상 허브) 성상세포 ensemble과 개념적으로 정렬된다.

관련하여 **Sun, D., Zhang, X., Miao, H., Zhang, T. & Kim, W. J. “Molecular and Neural Circuit Mechanisms Underlying Sexual Experience-dependent Long-Term Memory in Drosophila.” bioRxiv 2024.09.28.615582 (2024)**는 성경험 의존적 장기기억(SELTM)에서 Orb2 발현 ‘Yuelao(YL)’ 뉴런과 sNPF/sNPF-R 신호를 다룬다. sNPF-R이 아교에서도 발현됨을 고려하면 SELTM도 뉴런-아교 협업의 후보다.

6.3 질병 모델에서의 아교 아형 특이성

Wei, Y., Rhee, H., Najafi, H., Blair, S., Kim, N. C. & Kim, W. J. “Glial subtype-specific modulation of disease pathogenesis in Drosophila models of ALS.” Genes Dis. 12(5), 101631 (2025). doi:10.1016/j.gendis.2025.101631. (공동1저자 Wei & Rhee; 교신 W. J. Kim) — nSyb-GAL4(범뉴런)·repo-GAL4(범아교), 그리고 6개 아교 아형(cortex glia CG, astrocyte-like glia ALG, tract ensheathing glia EGT, ensheathing glia EGN, subperineurial glia SPG, perineurial glia PNG) 특이적 드라이버로 인간 SOD1(야생형·G85R·A4V) 독성을 평가. 운동 기능(climbing)·수명에 뚜렷한 성적 이형성(수컷이 더 큰 감퇴), 특히 수컷 다리 대퇴부 SPG의 중요성 강조. 20일령 수컷에서 ALG·EGN 발현이 climbing 감소, ALG·CG·PNG·SPG 발현이 수명 단축.

Wei, Y., Snow, B. A., Stevenson, C. C., Miao, H., Kaur, J., Lee, S. G., Kim, N. C. & Kim, W. J. “Surface glia for modeling ALS-FTD-associated mutant C9orf72 toxicity in the nervous system of Drosophila.” Genes Dis. 101629 (2025/2026). doi:10.1016/j.gendis.2025.101629. — 6개 아교 아형 드라이버로 C9orf72 GGGGCC 반복확장 디펩티드 반복(DPR) 독성 평가. **표면 아교(surface glia)**가 특히 취약해 발생 독성·성체 운동 결손·수명 단축. GR100 DPR의 표면 아교 발현이 CNS 대량 세포사 없이 독성을 냄 → 비세포자율적(non-cell-autonomous) 기전. UDCA(ursodeoxycholic acid) 효과 검토. (권/발행연도 표기는 출처 간 12권 vs 13권 불일치가 있어 DOI로 확인 권장.)

astroengram과의 접점: 두 논문은 아교 아형 특이적 도구(초파리 GAL4/UAS 유전학)를 확립했다는 점에서 4부의 “도구가 무엇을 보게 하는가”의 초파리판이다. 아형 특이적 조작 가능성은 초파리에서 astroengram 가설을 검증할 유전적 기반이 이미 존재함을 보여준다.

6.4 비신경 세포의 행동 조절 — cone cell

Sun, Y., Zhang, X., Wu, Z., Li, W. & Kim, W. J. “Genetic screening reveals cone cell-specific factors as common genetic targets modulating rival-induced prolonged mating in male Drosophila melanogaster.” G3 15(1), jkae255 (2024/2025). doi:10.1093/g3journal/jkae255. — 경쟁자 유발 “더 긴 짝짓기(longer-mating-duration, LMD)”가 놀랍게도 눈의 cone cell(원뿔세포, 비신경 지지세포) 특이적 인자들(CG10026/macewindu, CrzR, Cyp6a20, Cyp4d21)에 의해 조절됨을 단일세포 RNA-seq·knockdown으로 규명. → 비신경 세포가 복잡한 시간 간격 행동을 조절한다는 발견은 성상세포(또 다른 비신경 세포)가 행동·기억을 조절한다는 astroengram과 같은 계열. 김우재 연구실의 일관된 테마 — “행동의 비신경적 기질”.

6.5 종합

김우재 연구실이 연구해온 rival-induced LMD, 성경험 유발 SMD, SELTM, 내부상태·에너지 균형 인코딩은 모두 경험이 세포에 남기는 지속적 흔적을 다룬다는 점에서 engram 연구의 무척추동물판이다. 특히 sNPF-R 매개 뉴런-ALG 협업은 “성상세포가 사회적 경험을 내부상태로 인코딩한다”는 가설을 던지며, astroengram을 기억에서 동기·상태로 확장하는 독창적 각도다.

7부. 독자가 모를 수 있는 논문·자료 발굴 (2023–2026)

7.1 성상세포-기억 원저 (포유류)

  1. Dewa, K. et al. Nature 648, 146–156 (2025). doi:10.1038/s41586-025-09619-2. — (상술) 정서 경험이 성상세포를 다일 흔적으로 태깅; 노르아드레날린 2단계 기전.
  2. Williamson, M. R. et al. Nature 637, 478–486 (2025). doi:10.1038/s41586-024-08170-w. — 학습이 해마 성상세포에 c-Fos 유도; LAA 재활성화가 회상 유발.
  3. Serra, I. et al. Nat. Neurosci. 28, 616–626 (2025). doi:10.1038/s41593-025-01870-0. — AstroLight로 측좌핵 성상세포 ensemble 식별·조작.
  4. Sun, W. et al. Nature 627, 374–381 (2024). doi:10.1038/s41586-023-07011-6. — 편도체 장기기억 공간 전사체 지도; 신경-성상세포 시너지.
  5. Kol, A. et al. Cell Rep. 43, 113943 (2024). — 성상세포가 CA1→ACC 투사 동원에 영향.
  6. Mak, A. et al. eNeuro 11, ENEURO.0056-24 (2024). — (회의) 피질 성상세포 Gs 신호가 지속 맥락 기억 engram에 영향 없음(null).
  7. Suthard, R. L. et al. Cell Rep. 43, 113850 (2024). — engram 재활성화가 공포 세포 서명 모사; 신경-성상세포 동조 칼슘.
  8. Murphy-Royal, C. et al. Neuron (2026). doi:10.1016/j.neuron.2026.02.038. — 편도체 성상세포 아드레날린성 수용체 knockdown이 공포/정서 상태 변화. (권/페이지 미확인.)

7.2 리뷰·논평 (2024–2026)

  1. Sánchez Romero, J. & Navarrete, M. Nat. Rev. Neurosci. 27, 289–300 (2026). — astroengram 정식 제안.
  2. Holt, L. M., Nestler, E. J. & Olsen, M. L. Trends Neurosci. (2026, Apr). — 성상세포 가소성의 세포·분자 기전 리뷰. (권/페이지 미확인.)
  3. Cell Research 논평 “Astrocytes: emerging stars of engrams” (2024). doi:10.1038/s41422-024-01066-4. — Williamson et al. 논평; 3대 미해결 질문.
  4. Bakr, M. & Salama, M. Signal Transduct. Target. Ther. (2026). doi:10.1038/s41392-025-02537-9. — Dewa et al. 논평.
  5. “Astrocytes as Active Participants in Memory” (PMC12519761). — chemogenetics/optogenetics로 본 성상세포 기억 기여; Gs null 포함.
  6. “The Emerging Role of Astrocytes in Learning and Memory Recall.” J. Integr. Neurosci. 24(3), 38721 (2025). — Williamson et al. 중심 리뷰.
  7. Chen, Y. H. et al. “The memory orchestra: contribution of astrocytes.” Neurosci. Bull. 39, 409–424 (2023).
  8. “The Astrocyte: A New Component of The Engram Regulates Memory Recall.” Neurosci. Bull. (2025). doi:10.1007/s12264-025-01409-0.

7.3 회의론·방법론 비판 (균형)

  1. Fiacco, T. A. & McCarthy, K. D. J. Neurosci. 38, 3–13 (2018). — gliotransmission은 약리적 현상.
  2. Savtchouk, I. & Volterra, A. J. Neurosci. 38, 14–25 (2018). — 위 논문의 짝 반론.
  3. Petravicz, J., Boyt, K. M. & McCarthy, K. D. Front. Behav. Neurosci. 8, 384 (2014). — 성상세포 IP3R2 칼슘이 행동 주요 조절자 아님.
  4. Escartin, C. et al. Nat. Neurosci. 24, 312–325 (2021). — 반응성 성상세포 명명법 합의; A1/A2 기각.
  5. Semyanov, A., Henneberger, C. & Agarwal, A. Nat. Rev. Neurosci. 21 (2020). doi:10.1038/s41583-020-0361-8. — 성상세포 칼슘 신호 해석의 방법론적 난점.

7.4 초파리·무척추동물 glia-behavior

  1. Ma, Z., Stork, T., Bergles, D. E. & Freeman, M. R. Nature 539, 428–432 (2016). — 초파리 성상세포 칼슘 신호가 행동의 필수 중간자.
  2. Matsuno, M. et al. J. Neurosci. 35, 5557–5565 (2015). — LTM이 훈련 의존적 아교 전사를 요구.
  3. Matsuno, M. et al. iScience 15, 55–65 (2019). — Klg-Repo-EAAT1 감소가 노화 관련 LTM 손상.
  4. “GPCR signaling gates astrocyte responsiveness…” Science (2024). doi:10.1126/science.adq5729. — 초파리 성상세포 GPCR-cAMP-Krz 신호가 신경전달물질 반응성 게이팅.
  5. Kim 랩 프리프린트 3편 (bioRxiv 2024.10.17.618859; 2024.09.28.615582; 2024.06.04.597277).

7.5 인간 성상세포·진화

  1. Han, X. et al. Cell Stem Cell 12, 342–353 (2013). — 인간 아교 키메라 마우스에서 LTP·학습 향상.
  2. Oberheim, N. A. et al. J. Neurosci. 29, 3276–3287 (2009). — 인간 성상세포의 hominid 특이적 복잡성.
  3. von Bartheld, C. S., Bahney, J. & Herculano-Houzel, S. J. Comp. Neurol. 524, 3865–3895 (2016); Herculano-Houzel, S. Glia 62, 1377–1391 (2014). — 아교:뉴런 비율 신화 교정(<1:1).

7.6 계산·이론

  1. arXiv:2604.10036 — “Astrocytic resource diffusion stabilizes persistent activity in neural fields.” (프리프린트.)

8부. 결론과 제언

8.1 균형 잡힌 판단

증거의 무게는 성상세포가 기억에 인과적으로 관여한다는 쪽으로 기울고 있다. 여러 독립 연구실(Goshen, Deneen, Navarrete, Nagai, Südhof/Quake)이 서로 다른 도구·뇌 영역·과제에서 수렴하는 결과를 냈다. 그러나 성상세포가 engram의 구성요소(정보 저장)인지 조절자(뉴런 engram의 접근성·안정성 조절)인지는 미결이며, 현재 증거는 후자를 강하게, 전자를 약하게 지지한다. Nagai 자신이 “이르다”고 했고, 어떤 실험도 성상세포가 뉴런처럼 기억의 깨끗한 on/off 스위치임을 보이지 못했다.

“도구 때문인가 실재 때문인가”: 둘 다이며 분리 불가능하다. 새 도구가 성상세포를 보이게 만든 것도, 도구가 개념 틀(ensemble, IEG 태깅)을 뉴런에서 성상세포로 이전시킨 것도 사실이다. 그러나 인간 아교 키메라 마우스(Han et al. 2013)처럼 도구 편향으로 환원되지 않는 증거도 있다. 건강한 태도는 Hacking적 경계 — 조작이 도구 간 재현되는 일관된 인과 효과를 낼 때만 실재성을 인정하는 것. 현재 성상세포 도구는 아직 이 기준을 완전히 통과하지 못했다.

8.2 김우재 연구실이 시도해볼 만한 실험 아이디어

  1. 초파리 astroengram 검증: alrm-GAL4 + 활동 의존적 태깅(초파리 IEG 리포터 또는 CaLexA/TRIC 칼슘 통합자)으로 SMD 훈련 또는 후각 조건화 중 활성화되는 ALG 부분집합을 태깅하고, 재활성화(dTRPA1/CsChrimson)로 회상 유도 가능성 시험.
  2. sNPF-R⁺ ALG(RS/Rishi 세포)의 필요·충분성: RS 세포 성상세포에서 sNPF-R를 조건적 knockdown/재발현하며 SMD 형성·회상을 이분. Josselyn-Tonegawa 4기준을 초파리 성상세포에 적용.
  3. 성상세포 칼슘 이미징 during mating: alrm-GAL4>GCaMP7/8로 짝짓기·성경험 중 ALG 칼슘 이미징. 티라민/옥토파민(Oct-TyrR, Wtrw) 의존성 검사.
  4. 대사흔적 가설: 성경험이 ALG의 글리코겐·젖산 대사(Tret1l, 초파리 MCT 상동물)에 지속적 변화를 남기는지 — Suzuki et al.(2011)의 ANLS-LTM 연결을 SELTM에서 재현.
  5. 아형 특이적 스크린: ALS 논문의 6개 아교 아형 드라이버를 mating duration/SELTM에 적용해 아교 아형-기억 성분 지도 작성.
  6. 전사흔적: 성경험 전후 ALG를 FACS/INTACT로 분리해 snRNA-seq. Sun et al.(2024)의 편도체 성상세포 서명에 상응하는 초파리 서명 탐색.
  7. 노르아드레날린성 공명: Dewa et al.(2025)의 2단계 기전이 초파리 옥토파민/티라민으로 보존되는지 — 성경험이 ALG의 Oct-TyrR을 상향조절해 후속 회상을 프라이밍하는지.
  8. 상태흔적 검증: 성상세포 조작이 특정 기억을 바꾸는지 일반 내부상태(배고픔·각성·동기)를 바꾸는지 — Murphy-Royal 비판을 초파리에서 정면으로.
  9. connectome 기반 예측: FlyWire/hemibrain에서 RS 세포/ALG와 버섯체·SIFa·sNPF 회로 인접성을 분석해 “peri-engram astrocyte”의 초파리 상동 구조 예측.
  10. cone cell 유추 확장: cone cell(비신경) 연구의 논리를 확장해 다른 비신경 세포(아교 아형)의 LMD/SMD 기여 지도 완성.

8.3 블로그 앵글 제안

  • “풀(glue)에서 주연으로 — 150년의 명예회복”: Virchow의 “신경아교”에서 astroengram까지, 이름이 운명을 결정하는가.
  • “도구가 실재를 만드는가”: GCaMP가 “성상세포는 칼슘으로 말한다”를 강제했듯, 우리가 보는 성상세포는 도구의 그림자인가. Hacking·Galison·Fujimura를 대중적으로.
  • “기억인가 기분인가”: Murphy-Royal의 비판 — 공포 조건화가 측정하는 것이 정말 ‘기억’인가. 김우재 랩의 “상태흔적”과 연결.
  • “만약 Cajal이 성상세포로 시작했다면”: Ramirez의 반사실적 상상 — 뉴런중심주의는 필연인가 우연인가.
  • “초파리가 astroengram을 증명할 수 있을까”: connectome과 유전학을 가진 초파리가 포유류 논쟁을 판가름할 시스템이 될 가능성.
  • “재현성의 그림자”: 성상세포 도구가 도구 간 재현되지 않는다는 Ramirez의 고백 — 하이프 사이클 정점의 회의.
  • “성적 이형성의 수수께끼”: deathstar와 ALS 논문에서 반복되는 아교 기능의 수컷 특이성 — 왜 아교는 성별을 아는가.

본 리포트는 2026년 8월 기준 접근 가능한 문헌에 근거한다. 일부 서지정보(권/페이지)는 출판 시점 차이로 미확정이며 해당 부분에 명시했다. 프리프린트(bioRxiv)는 동료심사 전 자료임을 유의하라. 본문에 인용한 영어 원문 직접 인용구는 원출처(The Transmitter, Nature Reviews Neuroscience, Cell Stem Cell, J. Neurosci., J. Comp. Neurol., Front. Aging Neurosci., Medical Xpress 등)에서 확인한 것이다.

Post Views: 11

Published