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"더 많은 기초 연구로 질병치료 돕겠습니다"
[기사입력 2020/04/06 06:07]
김세윤 교수
KAIST 생명과학과

"뇌기능·뇌질환 치료의 단초가 되는 이노시톨 대사물질 발굴이 기대됩니다"

이는 최근 신경활성을 억제해 근육을 이완시키는 보톡스 원료인 보툴리눔 독소처럼 신경전달물질의 분비를 억제하는 생체물질을 발견한 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 김세윤 교수의 목표다.

김 교수는 최근 뇌에서 합성되는 화학물질 이노시톨 파이로인산 (5-IP7)의 신경활성 조절 기능을 규명했다.

이노시톨 파이로인산은 과일이나 곡물 등을 통해 섭취한 이노시톨이 체내에서 대사(인산화) 되면서 생겨나며 지난 1990년대 처음 보고된 이래 세포성장이나 대사에 관여하는 것으로 주목 받았지만 신경계에서의 역할에 대한 연구는 대부분 세포수준에 머물러왔고 신호조절을 매개하는 당으로 작용할 것으로 추정돼 왔다.

생명활동의 중추인 우리 뇌를 구성하는 수 십 억 개의 신경세포들은 시냅스 라고 불리는 부위에서 서로 만나게 된다. 시냅스는 하나의 신경세포에서 다른 신경세포로 신호를 전달하는 접점구조로서 뇌기능 조절을 매개하는 기본이 된다. 시냅스에서 신경세포들은 신경전달물질을 분비하고 수용함으로써 활성이 정교하게 조절되고 신호를 주고 받는다.

신경세포가 활성화되면 신경전달물질을 분비한다. 신경전달물질은 시냅스 소포체(synaptic vesicle)에 저장돼 있다가 신경세포막에 융합됨으로써 배출되는데 이를 세포외 배출(exocytosis)라고 한다.

소포체는 다시 막에서 떨어져 나와 세포내 유입(endocytosis)를 거쳐 신경전달물질 수송에 재사용된다. 이 현상은 2013년 생리의학상 수상분야로서 소포체의 순환이 정상적으로 조절이 되지 못하면 기억 및 학습장애, 치매와 같은 퇴행성 뇌질환 등 다양한 뇌질환이 생기게 된다.

이노시톨은 반드시 음식으로 섭취해야 하는 영양소인데 우리 몸에 들어오면 이노시톨 인산물질로 전환된다.

특히 이노시톨 파이로인산(5-IP7,5-Inositol pyrophosphate)은 비만이나 당뇨, 면역을 조절하는 데 중요한 역할을 한다고 알려져 있지만  뇌에서의 역할은 거의 알려지지 않았다. 

이 같은 상황이 김 교수가 이번 연구를 하게끔 만들었다.

김 교수는 "뇌기능 조절과 관련한 이노시톨 파이로인산의 중요성은 학계에서 꾸준히 제기됐으나 대부분 세포 수준에서의 분석에 그쳤다"며 "5-IP7이라는 이노시톨 파이로인산의 합성을 담당하는 IP6K1 효소가 만들어지지 않는 녹아웃 생쥐모델을 제작해 생체수준에서의 역할검증을 수행했다"고 말했다.

그 결과 세포 수준에서의 분석에서 나아가 생쥐와 같이 살아있는 개체수준에서 연구가설을 분석하고 검증하는 것은 시간도 오래 걸리고 매우 어렵지만 생쥐모델 제작과 생화학적, 전기생리학적 분석을 통해 이노시톨 파이로인산의 신경전달물질 분비조절기능을 규명한 것은 매우 가치가 큰 것으로 알려졌다.

하지만 이 연구가 항상 순조롭지만은 않았다.

김 교수에 따르면 이노시톨 파이로인산의 생화학적 분석은 통상의 서열분석 등을 사용하는 유전자나 단백질 분석과 달리 방사성 물질을 이용하기에 힘들었고 가설검증을 위한 바이러스를 이용 생쥐의 뇌에서만 유전자가 발현되도록 하는 과정이 까다로웠다.

다만 김 교수는 열정과 인내심으로 차근차건 조건을 찾으며 해결해 나갔다.

이번 연구로 인해 김 교수는 뇌에서 이노시톨 파이로인산 합성을 제어할 수 있다면 신경전달물질 분비를 정교하게 조절할 수 있을 것으로 예상했다.

특히 이번에 밝혀진 이노시톨 파이로인산의 신경활성조절 기능을 토대로 뇌기능 (학습, 기억, 감정)에 대한 이해와 뇌질환(기억·학습장애, 조현병, 치매와 같은 퇴행성 뇌질환) 치료를 위한 연구의 단초가 될 것으로 기대했다.

다만 뇌활성과 관련된 다양한 질환 치료를 위한 표적으로서 이노시톨 파이로인산 대사경로의 활용가치가 높은 만큼 이노시톨 파이로인산 대사경로를 조절하는 후보물질 발굴 연구를 시작으로 이노시톨 대사물질에 의한 뇌질환 조절연구가 필요하다는게 김 교수의 설명이다. 

 
강찬우 기자  ehealth@e-healthnews.com
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