화학 고통스러운 자극을 인지하는 신경세포의 기능을 조절하는 방법

2015.06.09 20:35

졸리운_곰 조회 수:481

 

고통스러운 자극을 인지하는 신경세포의 기능을 조절하는 방법

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2015060071&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-06-08

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뮌헨대학교(Ludwig Maximilian University of Munich)의 화학자들이 고통스러운 자극을 인지하는 신경세포의 기능을 조절할 수 있는 분자들을 합성하는데 성공했다. 빈달루커리(vindaloo curry, 매운커리)를 맛본 사람은 매우 끔찍한 경험을 하게 될 것이다. 이것은 세포 표면에 존재하는 수용체인 TPRV1 때문이다. TPRV1은 고온이나 많은 매운 음식에 존재하는 화학적 첨가제에 의해 만들어지는 자극을 인지하는 역할을 한다.

이 수용체는 주로 감각상피(sensory epithelia)에 존재하는 신경섬유에 의해 발현되며 고온, 칠리에 존재하는 화합물, 다양한 페퍼에 존재하는 화합물 등에 반응하며 전압, 거미의 독이나 산 등에 대해서도 반응한다. 이에 대해 이번 연구를 수행한 뮌헨대 화학생물 및 유전학과(Chemical Biology and Genetics at LMU)의 Dirk Trauner 교수는 "그것이 유일하게 반응하지 않는 자극은 빛"이라고 말했다.

TPRV1은 포어를 지닌 막 단백질이며 활성화되면 양으로 하전된 이온들이 세포 주위로 스며들게 된다. 이러한 전기적인 변화는 막을 따라 전파되어 뇌로 전달되는 신경충격(nerve impulse)을 만들어내게 된다. 이에 대해 Trauner는 "TPRV1은 또한 다양한 종류의 지질, 그 중에서도 바닐로이드 헤드그룹(vanilloid headgroup)이라 불리는 특별한 구조를 지닌 지방산에 의해 활성화된다. 이 경우, 활성화의 효율은 지방산의 길이와 이들의 포화도에 따라 결정된다. 이러한 특징들은 지방산들이 TPRV1을 활성화시킬 수 있는 빛에 민감한 스위치를 만들어낸 이상적인 전구체가 될 수 있음을 의미한다"고 말했다.

Trauner의 연구팀은 특정 파장의 빛에 의해 그 구조가 변화될 수 있는 기능성 그룹을 지방산 사슬에 결합시켜 원하는대로 사슬의 모양을 변화시키는데 성공했다. 이에 대해 Trauner는 "이러한 전략을 이용함으로써 우리는 빛에 민감한 지방산을 만들어 복잡한 광 활성 지방 분자를 만들기 위한 빌딩 블럭으로 이용할 수 있었다. 바닐로이드 헤드 그룹을 결합시켜 빌딩 블럭을 변화시킴으로써 우리는 AzCA라 불리는 6가지 종류의 화합물을 만들어낼 수 있었다. 이들은 고통 수용체의 활성 수준을 정확하게 조절하는데 이용될 수 있다"고 말했다.

이 새로운 분자들의 도움으로 고통 수용체의 기능은 놀라울 정도로 정교하게 조절이 가능하다. 연구자들은 또한 통증 및 만성적인 고통을 덜어주는 보다 치료적인 목적으로 이 화합물의 새로운 이용 방법을 제시했다. 이러한 화합물들은 예를 들어, 국소마취를 위해 일시적으로 이온 채널을 열어준다거나, 고통 수용체의 민감도를 줄여주는데 이용될 수 있을 것이다. 베를린 막스 델브뤽센터(Max-Delbrück Centrum)의 Gary Lewin팀에 의해 수행된 동물 실험 연구에서, Trauner 및 동료 연구자들은 고통 신호의 전파가 전체 조직을 조절하는데 이용될 수 있다는 사실을 보여주었다. 이에 대해 Trauner는 "이 시스템에 의해 제공되는 정확도와 더불어, 우리는 수용체들이 반응하는 속도에 다시 한 번 놀라게 되었다"고 말했다.

칠리 고추에서 발견되는 TPRV1활성제인 캡사이신(capsaicin)은 다소 느리게 수용체에 자극을 주어 그 조절이 용이하지 못했지만 이번에 개발된 화합물들은 자외선이나 청색광의 점멸에 대해 매우 빠르게 반응함으로써 고통의 인지가 빠르게 조절 가능했다. 연구자들은 이제 보다 복잡한 신경 시스템을 지닌 동물에 대해 이 스위치를 테스트해볼 계획을 지니고 있다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 “"Photoswitchable fatty acids enable optical control of TRPV1" Nature Communications 6, Article number: 7118 DOI: 10.1038/ncomms8118”을 참고하기 바란다.
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그림: 칠리 고추의 캡사이신(capsaicin) 구조

 
 
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다.

 

 

 

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