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노벨 생리의학상, 낮과 밤의 생체리듬 비밀 밝힌 미 과학자 3명 공동 수상


▲출처=123rf

올해의 노벨 생리의학상은 낮과 밤의 하루 주기에 따라 인체에 일정한 변화가 일어나는 현상을 분자생물학적 연구로 밝혀낸 과학자들에게 돌아갔다고 블룸버그 통신은 보도했다.

제프리 홀, 마이클 로스배쉬, 마이클 영 등의 3명의 미국인 과학자들은 연구를 통해 생체 시계에 따라 아침저녁으로 몸의 변화가 규칙적으로 일어나는 24시간 주기 리듬을 조절하는 유전자를 규명했다. 이들은 인간과 쥐, 곤충, 기타 여러 생물체의 체내 시계는 화학 작용을 하며 피드백을 통해 시간을 유지하고 생물체를 천문학적 세계와 연결시킨다는 것을 확인했다.

장거리 비행 여행을 하면 왜 현지시각에 적응하지 못하고 시차에 시달리는지 밝혀낸 연구가 노벨 생리의학상을 받은 셈이다. 

이번 수상을 통해 수면을 통제하는 유전자와 수면의 생물학적 리듬에 관한 연구가 더욱 탄력을 받을 전망이다.

수면을 통제하는 유전자

한편 수면을 통제하는 유전자를 확인하고 수면 패턴과 알코올 의존성, 우울증이 연결되어 있는 방법을 확인하는 연구가 시행됐다. 정신의학 및 인간학과 매리 카스카돈 교수는 2010년부터 2014년까지 수면연구를 이끌었다. 대학 신입생을 대상으로 수면 습관을 조사했다고 브라운데일리헤럴드(Brown Daily Herald)는 보도했다.

연구팀은 수면 습관과 체중 증가, 심야 상영시간의 상관관계를 위해 데이터를 사용했다. 수면연구실험실(Sleep Research Lab)은 동일한 데이터를 위해 참가자에서 채취한 혈액 샘플로 수면과 관련이 있는 예쁜꼬마선충(C. Elegans)에서 다섯 가지 새로운 유전자를 확인했다.

수면연구실험실은 신경과학과와 협업을 통해 예쁜꼬마선충으로 실험을 실시해 동물의 수면을 통제하는 메커니즘을 확인했다. 그 결과는 알코올 및 중독연구센서가 실시한 또 다른 연구와 함께 올해 발표됐었다.

카스카돈 교수는 분자에서부터 행동 수준까지 다양하고 기술적인 연구를 실시했다고 밝혔다. 연구팀은 수면과 연관된 더욱 많은 유전자를 확인할 수 있기를 바라고 있다고도 덧붙였다.

▲출처=셔터스톡

밤 시간의 수면, 낮 시간의 낮잠

펜실베이니아대학의 생물학자 아미타 세흐갈은 수면과 생물학적 주기 리듬을 연구했다. 그녀는 초파리가 밤에 잠을 자며 낮에 낮잠을 자는 것을 확인했다. 벤저가 만들어 낸 돌연변이 초파리는 수면 장애를 보였다고 세흐갈 박사는 지적했다. 일부 초파리는 19시간을, 또 다른 초파리는 29시간의 수면 시간을 갖는다. 그리고 아주 드물게 임의적으로 자다 깨는 현상을 보인 초파리도 있었다.

자다 깨는 것을 임의로 반복하는 초파리는 모두 X 염색체에 있는 유전자 PER 돌연변이였다. 다른 동물과 인간도 PER 유전자를 가지고 있다. 이 유전자를 가진 사람들은 가족력의 전진수면위상증후군을 앓고 있다. 이 질환은 초저녁부터 잠이 들어 새벽 3시에 깨는 증상을 보인다.

세 명의 노벨상 수상자들은 복제된 PER 유전자를 지적하며 이것이 시간을 유지시키는 작용을 하는 방법을 알아냈다고 밝혔다. PER은 PER 단백질을 가지고 있으며, 이는 역 피드백 순환에서 생산이 증가하거나 줄어든다. 신경생물학자 패트릭 에머리는 PER 단백질이 역치까지 증가하면 자체 생산을 방해한다고 설명했다.

이는 기존의 PER 단백질이 분해되는 현상을 초래한다. 그 후 주기는 24시간으로 시작된다. 초파리나 사람에게 반복적으로 어둠 또는 빛을 바꾸는 실험을 실시한 결과 수면-기상 주기가 일정하게 유지되지만 서로에 동조하는 현상에서 점점 벗어나 실제 밤-낮 주기에 일치하게 된다.
한편 영 박사는 주기의 일정 시점까지 PER 단백질에 결합된 변하지 않는 유전자가 있으며, 태양이 체내 시계를 재설정하게 만드는 세포가 햇빛에 노출되면 분해된다는 사실을 확인했다.


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