Neoways의 막나가는 분자생물학

스위스 연방공과대학(ETH Zurich) 분자시스템 생물학 연구소(Institute of Molecular Systems Biology)의 연구진은 Nature 12월호에 기고한 논문에서, 운동부족과 비만에 관련된 중요한 분자 메커니즘을 발견하였다고 발표하였다. 연구진의 논문을 쉽게 풀어쓰면, "아침 식사는 왕처럼, 점심은 왕자처럼, 저녁은 거지처럼 먹어라. 그리고 식간에는 - 스낵이나 단 것, 심지어 건강에 이로운 식품일지라도 - 일체의 군것질을 삼가라."로 요약될 수 있다. 연구진이 발견한 분자 메커니즘에서 핵심적 역할을 하는 것은 Foxa2(forkhead box A2)라는 전사인자이다. (Foxa2는 간에서 지방의 연소에 영향을 미치지만, 시상하부에 존재하는 두 개의 주요 뉴런그룹에서도 발견된다. 그리고 간과 시상하부에서 Foxa2의 활성을 제어하는 인자는 공히 인슐린이다. 인간이나 동물이 음식을 섭취하면, 췌장의 베타세포가 인슐린을 분비하고, 인슐린은 Foxa2를 차단한다. 그러나 공복 시에는 인슐린이 부족하여 Foxa2가 활성화된다.)

뇌의 시상하부 외측(lateral hypothalamic area)은 고전적인 섭식중추(feeding center)로 간주되어 왔으며, 오렉신(orexin)과 MCH(melanin-concentrating hormone)를 통하여 음식섭취, 각성, 동기유발적 행동(motivated behaviour)을 조절하는 것으로 알려져 왔다. [MCH와 오렉신은 뇌에 존재하는 메신저 물질로서 음식물의 섭취(intake of food)와 자발적 운동(spontaneous movement)이라는 상이한 행동패턴을 촉발시킨다. 인간/동물은 굶주리면 오렉신과 MCH의 작용에 의해 음식물이나 사냥감을 찾기 위해서 정신활동이 활발해지고 신체활동이 기민해진다. 이는 우리가 고양이나 개에게 먹이를 주기 전에 그들이 어떤 반응을 보이는지를 생각해 본다면 쉽게 이해될 수 있다.] MCH와 오렉신의 분비는 음식섭취와 관련된 신호(feeding-related signals)에 의해 억제되고 공복(fasting) 중에는 증가하지만, 이러한 신호들을 조절하고 통합하는 분자적 메커니즘은 이제껏 알려져 있지 않았다. ETH 취리히의 연구진은 이번 연구에서, 시상하부 외측에 존재하는 Foxa2가 두 개의 신경단백질(neuropeptides), 즉 MCH와 오렉신의 생성을 돕는다는 사실을 발견하였다.

구체적으로, 공복 상태에서 Foxa2는 MCH와 오렉신의 프로모터(promotor)에 결합하여 이들의 발현을 촉진하는 것으로 밝혀졌다. 이에 반하여 고인슐린혈증에 걸린 비만마우스나 먹이를 먹은 마우스의 경우, 인슐린이 Foxa2를 차단하여 MCH와 오렉신의 발현이 감소되는 것으로 나타났다. 그런데 연구진은 비만 마우스에게서 한 가지 이상한 점을 발견하였다. 즉 이 마우스들의 경우 공복상태나 배가 부른 상태를 막론하고 Foxa2가 항상 불활성화되어 있는 것으로 나타났다. 연구진은 이것이 이제까지 잘 알려져 있지만 해명되지 않은 사실, 즉 "비만한 사람/동물은 운동(활동성)이 부족하다."는 사실을 설명해 주는 단서가 될 수 있을 것이라고 추론하고 연구를 계속하였다.

연구진은 이러한 추론을 입증하기 위하여, 마우스의 유전자를 조작하여 마우스의 뇌에서 - 공복이나 배가 부른 상태를 불문하고 - Foxa2가 항상 활성화되도록 만들었다. 그 결과 이 마우스들은 MCH와 오렉신을 정상 마우스보다 5배나 많이 생성하는 것으로 나타났다. 또한 유전자조작 마우스들은 지방조직이 감소하고 근육의 양이 증가하였으며, 당대사 및 지방대사가 활발해지고 혈액검사 수치가 개선되었다. 이 마우스들은 배가 부른 상태에서도 자발적 운동이 증가하여, 마치 배고픈 쥐처럼 보였다. 이상의 연구 결과는 "Foxa2가 시상하부 외측에서 대사센서(metabolic sensor)로 작용하여, 대사신호를 받아들여 생리적 반응과 적응적 행동(adaptive behavior)을 유발한다."는 것을 의미한다. 연구진은 이 결과를 토대로 하여 "우리의 몸이 건강한 상태를 유지하려면 Foxa2를 활성화시켜야 하며, 이를 위해서는 공복기간이 필요하다."는 결론을 내렸다.

이번 연구는 Foxa2를 비만 치료의 표적으로 제시할 뿐만 아니라 건강을 유지하기 위한 식생활 방식을 제안하고 있는데, 그것은 "조금씩 여러 번 먹는 것보다는, 식사 횟수를 줄이고 식사량을 늘리는 동시에, 식사 시간 사이에 공복기간을 두어 배고픔을 느끼도록 하는 것이 좋다."는 것이다. 왜냐하면 식사를 자주 한다면 매 식사때마다 인슐린이 분비되어 Foxa2를 억제하고, 이로 인하여 운동욕구가 감소하고 당 및 지방의 연소활동이 감소하여 비만을 초래할 수 있기 때문이다.

Reference: Regulation of adaptive behaviour during fasting by hypothalamic Foxa2. Nature, 2009; 462 (7273): 646 DOI: 10.1038/nature08589

출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2009/12/091206184138.htm

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Posted by 네오