"수면장애는 세포이동 방해 탓" 국내연구팀 수학모델로 규명

2017 노벨생리의학상 생체시계 핵심 PER단백질
세포핵 주변 충분 응축·인산화돼야 일정시간에 이동
'세포질 혼잡' 수면질환 치료에 새 패러다임 제시

그림. 수리모형으로 시뮬레이션된 세포 내 불순물이 과다해진 세포에서 시간 별 PER단백질의 움직임(왼쪽)과 양.세포 내 불순물로 세포질 혼잡(어두운 배경)이 발생하면 PER단백질의 움직임을 방해해 핵 주위로 인산화되지 않은 PER단백질(주황색)은 충분히 응축되지 못한다. 그 결과, PER단백질이 세포 핵으로 들어가는 시간이 불규칙해져 24시간 주기의 PER리듬이 불안정해진다.

수면장애는 세포내 분자이동을 방해하는 세포질 혼잡 때문에 발생한다는 연구결과가 나왔다.

KAIST(한국과학기술원) 수리과학과 김재경 교수 연구팀은 불안정 일주기리듬(circadian rhythms)과 수면사이클을 유발하는 세포질 혼잡을 수학적 모델로 예측할 수 있다고 미국립과학원회보(PNAS)에 발표했다.

뇌속 생체시계는 24시간 주기에 맞춰 살아갈 수 있도록 행동과 생리 작용을 조절한다. 매일 일정시간에 멜라토닌을 분비해 수면을 유도하는 등 운동능력이나 학습능력 전반적인 생리작용에 관여한다.

지난 2017년에는 생체시계의 핵심인 PER단백질이 매일 일정한 시간에 세포액 속으로 들어가 24시간 주기의 리듬을 만든다는 연구로 마이클 W 영 박사 등이 노벨생리의학상을 받은 바 있다. 하지만 PER단백질이 어떤 조건에서 일정한 시간에 핵 속으로 들어갈 수 있는지는 알려져 있지 않았다.

교수팀은 세포 내 분자의 움직임을 묘사하는 시공간적 확률론적 모형(spatiotemporal stochastic model)으로 PER단백질이 세포핵 주변에서 충분히 응축돼야 인산화와 동시에 핵 속으로 들어간다는 사실을 발견했다.

아울러 PER 단백질의 응축을 방해하는 지방액포 등의 물질들이 많아져 세포질이 혼잡해지면 인산화 스위치가 작동하지 않아 불안정한 일주기리듬과 수면사이클이 유발돼 인산화 스위치가 핵심이라는 사실도 확인했다.

교수팀은 또 미국플로리다주립대 이주곤 교수팀과 비만과 치매, 노화로 인한 세포질 혼잡도 수면사이클의 불안정을 초래하는 핵심 요인이라는 사실도 규명해 수면질환 치료의 새로운 패러다임을 제시했다.