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과도한 소금섭취 막는 짠맛수용체 발견...고려대학교 의과대학 황선욱 교수
Bio통신원(한국연구재단)
과도한 소금섭취를 막아 나트륨 농도를 일정하게 유지하는데 결정적 역할을 하는 짠맛수용체 단백질 TMC-1의 정체를 국내 연구팀이 밝혀냈다. 고농도의 짠맛을 불쾌한 맛으로 인지하여 회피하도록 함으로써 소금 농도가 더 높아지지 않도록 하는데 TMC-1이 관여하는 것을 알게 되어 향후 미각과 통각 등의 새로운 메커니즘을 제시할 것으로 기대된다. 특히 이번 연구결과는 국내 연구팀의 전기생리학적 연구와 영국 연구팀의 예쁜꼬마선충* 유전학 연구가 시너지 효과를 낸 것으로 더욱 의의가 있다.
* 예쁜꼬마선충 : 몸길이 1mm 정도의 선충류로 세포 수가 적고 생애주기가 짧아 다루기 용이하며 사람과 유전정보적 특성이 닮아 노화, 발생, 신경질환 등의 연구를 위한 모델동물로 많이 활용됨
고려대학교 의과대학 황선욱 교수(41세)와 영국 케임브리지 대학 윌리엄 셰이퍼 교수 연구팀이 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)의 일반연구자지원사업 및 보건복지부의 지원으로 수행되었고, 네이처지 온라인판 1월 31일에 게재되었다. 정식판 2월 7일자에 게재될 예정이다.
(논문명 : tmc-1 encodes a sodium-sensitive channel required for salt chemosensation in C. elegans)
미각 가운데 짠맛은 소금(염화나트륨, NaCl)을 감지한 반응이다. 소금은 생명유지에 필수적이나 과도할 경우 체내 이온균형이 깨어지고 고혈압 등의 질병을 일으킬 수 있어 항상성 유지가 중요하다. 하지만 소금의 농도유지와 관련하여 나트륨 유무를 감지하는 수용체는 동물 종 전체에서오직 하나만 알려져 있을 뿐이다. 예쁜꼬마선충에서는 아직 밝혀진 바가 없다.
연구팀은 팻취클램프*를 이용하여 예쁜꼬마선충에 존재하는 미지의 단백질을 조사한 결과 주변의 과도한 소금 증가(나트륨 증가)에 반응하여 전기적으로 활성화되는 수용체단백질 TMC-1을 발견했다. 나아가 TMC-1이 전기반응을 일으키는 이온채널*임을 밝혀냈다.
이 연구결과는 TMC가 이온채널임을 규명한 최초의 사례이자 예쁜꼬마선충에서 보고된 최초의 나트륨 수용체라는 데 의의가 있다.
통각신경세포* 세포막에 분포하는 TMC-1이 높은 소금 농도로 인해 활성화되면 세포내부로 양이온이 흘러 들어오고 이러한 이온의 흐름이 전기신호를 발생시켜 예쁜꼬마선충의 회피반응을 일으키는 것이다. 결국 TMC-1이 나트륨의 존재를 감지하여 뇌신경에 전달함으로써 불쾌함 또는 통증이 근육세포까지 전달되어 회피반응으로 이어진다는 것이다.
* 팻취클램프 : 직경 1㎛의 미세관으로 세포막 표면에 삽입하여 세포막에 존재하는 다양한 채널에서 나타나는 이온흐름을 실시간 측정할 수 있음
* 이온채널 : 특정 이온들을 선택적으로 세포 안팎으로 출입시키는 세포막단백질. 평상시에 닫혀 있다가 특정물질이나 자극에 반응하여 열려 통로역할을 함
* 통각신경세포 : 촉각자극이나 물질자극을 감지하는 수용체를 통해 통증신호를 전달하는 신경
또한 정상적인 예쁜꼬마선충과 달리 TMC-1 유전자가 제거된 돌연변이 예쁜꼬마선충의 경우 고농도의 소금방울로 다가가던 움직임을 멈추고 역행하는 회피행동이 나타나지 않음을 관찰하여 팻취클램프 기법으로 얻은 TMC-1의 역할을 재확인했다.
연구팀은 예쁜꼬마선충에서의 TMC-1 역할을 토대로 인체에서의 TMC 역할에 대한 후속연구를 진행할 계획이다. 이미 인체에서 일부 TMC 유전자의 돌연변이가 청각저하, 균형감각 상실, 인유두종 바이러스에 대한 저항성 감소 등과 연관있다고 보고된 바 있다.
황선욱 교수는 “본 연구는 미각(짠맛)이나 통각 외의 다양한 감각이상이나 질병원인 규명으로도 확산될 것으로 예상된다” 면서 “TMC 단백질이 이온채널임이 규명되었으므로 TMC 돌연변이로 파괴된 이온항상성을 정상으로 회복시키는 방법이 치료법 개발이나 약물개발의 타겟이 될 수 있다” 고 설명했다.
그림 1. 통각신경세포 말단의 모식도. 통각신경 말단에 TMC-1 이온채널이 존재하고 있음. 평상시에는 닫혀 있으나(회색) 고농도의 소금에 닿으면 TMC-1 이온채널이 활성화됨(푸른색). 활성화된 TMC-1을 통해 통각신경세포 내부로 양이온들이 들어옴. 이 이온의 흐름은 전기신호를 발생시키며, 이 전기신호가 신경축색과 시냅스를 통해 다른 신경 및 근육까지 전달되어 예쁜꼬마선충의 회피반응을 일으킨다.
그림 2. 연구에 사용한 예쁜꼬마선충의 머리쪽 확대모습. 예쁜꼬마선충은 투명하여 내부의 장기, 신경 등을 절단 없이 그대로 관찰할 수 있다. ASH 통각신경세포를 염색(밝은색)한 결과이다. 외부환경에 노출되는 가장 끝부분(좌측상단)에 TMC-1이 존재하여 외부의 소금농도 증가를 감지한다.
Journal Reference
tmc-1 encodes a sodium-sensitive channel required for salt chemosensation in C. elegans
Marios Chatzigeorgiou, Sangsu Bang, SunWook Hwang & William R. Schafer
Nature, Published online 30 January 2013 | doi:10.1038/nature11845
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