카이스트가 밝혀낸 '잠못드는 밤 '


비만·노화가 잠못드는 밤 만드는 이유, KAIST가 밝혀냈다


수학 모델로 증명


   국내 연구진이 수학적 모델을 이용해 비만과 치매, 노화가 어떻게 불안정한 수면을 유발하는지를 밝히고 해결책을 제시했다.


카이스트(KAIST) 수리과학과 김재경 교수팀은 “수학적 모델을 이용해 세포 내 분자 이동을 방해하는 ‘세포질 혼잡’이 불안정한 일주기 리듬과 수면 사이클을 유발함을 예측하고, 미국 플로리다 주립대학 이주곤 교수 연구진과 실험을 통해 검증하는 데 성공했다”고 9일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 10월 26일 온라인판에 실렸다.



세포 내 분자 움직임 묘사한 확률 모형 개발

우리 뇌 속에 있는 생체시계는 인간이 24시간 주기에 맞춰 살아갈 수 있도록 행동과 생리 작용을 조절하는 역할을 한다. 생체시계는 밤 9시쯤이 되면 우리 뇌 속에서 ‘멜라토닌’ 호르몬의 분비를 유발해 일정 시간에 수면을 취할 수 있도록 하는 등 운동 능력이나 학습 능력에 이르기까지 거의 모든 생리 작용에 관여한다.




그 중 ‘PER 단백질’은 매일 일정한 시간에 세포핵 안으로 들어가 24시간 주기의 리듬을 만드는 것으로 알려졌다. 하지만 다양한 물질이 존재하는 복잡한 세포 내 환경에서 어떻게 수천 개의 PER 단백질이 핵 안으로 일정한 시간에 들어갈 수 있는지는 오랫동안 생체시계 분야의 난제로 남아있었다. 이는 서울 각지에서 출발한 수천 명의 직원이 혼잡한 도로를 통과해서 매일 같은 시간에 회사에 들어갈 수 있는 방법을 찾는 것과도 같은 문제다.


김 교수 연구진은 난제 해결을 위해 세포 내 분자의 움직임을 묘사하는 ‘시공간적 확률론적 모형’을 자체 개발했다. 이를 이용해 분석한 결과, PER 단백질이 세포핵 주변에서 충분히 응축돼야만 동시에 인산화돼 핵 안으로 함께 들어간다는 사실을 알아냈다. 인산화란 어떤 물질에 인산(H3PO4)이 붙는 반응을 말한다.




김 교수는 “인산화 동기화 스위치 덕분에 수천 개의 PER 단백질이 일정한 시간에 함께 핵 안으로 들어가 안정적인 일주기 리듬을 만들어낼 수 있음을 확인했다”고 설명했다.


세포 내 PER 단백질의 움직임./카이스트


비만·치매·노화가 불안정한 수면 사이클 유발

김 교수팀은 또 PER 단백질의 핵 주변 응축을 방해하는 지방 액포와 같은 물질들이 세포 내에 과도하게 많아져 세포질이 혼잡해지면 인산화 스위치가 작동하지 않아 불안정한 일주기 리듬과 수면 사이클이 유발된다는 사실도 확인했다. 김재경 교수팀의 수리 모델 예측은 미국 플로리다 주립대학 이주곤 교수팀과 협업을 통해 실험으로 검증하는 한편 한 발짝 더 나가 비만·치매·노화가 세포질 혼잡을 일으킴으로써 수면 사이클의 불안정을 가져오는 핵심 요인임을 규명하는 데도 성공했다.




김재경 교수는 “비만과 치매, 그리고 노화가 불안정한 수면을 유발하는 원인을 수학과 생명과학의 융합 연구를 통해 밝힌 연구”라며 “이번 성과를 통해 수면 질환의 새로운 치료법이 개발되기를 기대한다”라고 말했다.

유지한 기자 조선일보


https://www.chosun.com/economy/science/2020/11/09/H3TEPLSYFRAPBCLGBJNW5HVRJQ/

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