KAIST 김재경 교수팀, 지방이 'PER 단백질' 응축 방해
세포질 혼잡 유발해 불안정한 수면 사이클에 영향 미쳐
국내 연구진이 수학적 모델을 이용해 비만과 치매, 노화가 불안정한 수면을 유발한다는 사실을 과학적으로 규명했다.
KAIST는 김재경 수리과학과 교수와 이주곤 미국 플로리다 주립대 교수 연구팀이 공동으로 세포 내 분자 이동을 방해하는 '세포질 혼잡'이 불안정한 생체리듬과 수면 사이클 장애를 일으키는 원인을 수학적으로 밝혀냈다고 9일 밝혔다.
우리 뇌 속에 있는 생체시계는 인간이 24시간 주기에 맞춰 살아가도록 행동과 생리 작용을 조절하는 역할을 한다. 이 역할을 생체시계를 구성하는 'PER 단백질' 양으로 조절하는 데, 12시간 동안 증가했다가, 나머지 12시간 동안은 감소하며 24시간을 주기로 변한다. 이 같은 작용 기전은 2017년 노벨생리의학상을 받은 마이클 영, 제프리 홀, 마이클 로스바쉬 교수 등에 의해 밝혀졌다.
하지만, 다양한 물질이 존재하는 복잡한 세포 내 환경에서 어떻게 수천 개의 PER 단백질이 한꺼번에 세포핵 안으로 일정 시간에 들어갈 수 있는지는 생체시계 분야에서 난제로 남아 있었다. 서울 각지에서 출발한 수천 명의 직원들이 혼잡한 도로를 통과해 매일 같은 시간에 회사에 출근할 수 있는지와 같은 맥락이다.
연구팀은 이 같은 난제를 해결하기 위해 세포 내 분자 움직임을 묘사하는 시공간적·확률론적 모형을 자체 개발·분석한 결과, PER 단백질이 세포핵 주변에서 충분히 응축돼야만 인산화 과정을 거쳐 세포핵 안으로 함께 들어간다는 사실을 알아냈다.
또한 PER 단백질의 세포핵 주변 응축을 방해하는 지방 액포와 같은 물질들이 세포 내 과도하게 많아져 세포질이 혼잡해지면 인산화가 이뤄지지 않아 불안정한 수면을 유발하는 것을 확인했다.
김재경 KAIST 교수는 "세포질 혼잡을 유발하는 비만, 치매, 노화 등이 수면 주기를 불안정하게 만든다는 것을 밝혀낸 것으로, 수면 질환의 새로운 치료법으로 활용할 수 있다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '미국국립과학원회보(PNAS) 10월26일자' 온라인판에 실렸으며, 김대욱 KAIST 박사과정이 공동 제1저자로 연구에 참여했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
김재경 KAIST 교수(왼쪽)와 김대욱 박사과정이 비만과 치매, 노화 등이 불안정한 수면을 유발하는 원인을 수학적 모델을 이용해 밝혀냈다.
