작성일 : 20-11-11 19:20
KAIST(총장 신성철)는 김재경 수리과학과 교수 연구팀과 이주곤 미국 플로리다 주립대 교수 연구팀, 세포질 혼잡, 불안정한 수면 사이클 유발, 잠 못 이루는 당신∙∙∙과학적 원인 밝혀졌다
 글쓴이 : happy
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잠 못 이루는 당신∙∙∙과학적 원인 밝혀졌다

  •  이유진 기자
  •  
  •  승인 2020.11.09 16:50
 

세포질 혼잡, 불안정한 수면 사이클 유발

(왼쪽부터) 김재경 교수, 김대욱 박사과정. [사진=KAIST 제공]
(왼쪽부터) 김재경 교수, 김대욱 박사과정. [사진=KAIST 제공]

수학모델을 이용해 불안정한 수면 유발 원인이 밝혀졌다.


KAIST(총장 신성철)는 김재경 수리과학과 교수 연구팀과 이주곤 미국 플로리다 주립대 교수 연구팀
수학 모델을 이용해 세포 내 분자 이동을 방해하는 세포질 혼잡(Cytoplasmic congestion)이 불안정한 수면 사이클을 유발함을 증명했다고 9일 밝혔다. 

뇌 속에 있는 생체시계(Circadian clock)는 인간이 24시간 주기에 맞춰 살아갈 수 있도록 행동과 생리 작용을 조절한다. 생체시계는 밤 9시경이 되면 뇌 속에서 멜라토닌 호르몬 분비를 유발한다. 일정 시간에 수면을 취할 수 있게끔 위함이다. 운동 능력이나 학습 능력 등 대부분의 생리 작용에 관여한다.

2017년 노벨생리의학상을 수상한 마이클 영과 제프리 홀, 마이클 로스바쉬 교수는 생체시계의 핵심 원리를 밝혀냈다. PER 단백질이 매일 일정한 시간에 세포핵 안으로 들어가 PER 유전자 전사를 일정 시간에 스스로 억제하는 원리다. PER 단백질은 일주기 리듬을 통제하는 핵심 생체시계 단백질이다.

하지만 복잡한 세포 내 환경에서 어떻게 수천 개의 PER 단백질이 일정한 시간에 핵 안으로 들어갈 수 있는지는 오랫동안 난제로 남아있었다. 

김 교수 연구팀은 세포 내 분자 움직임을 묘사하는 시공간적 확률론적 모형(Spatiotemporal Stochastic model)을 자체 개발했다. PER 단백질이 세포핵 주변에서 충분히 응축∙인산화돼 핵 안으로 함께 들어간다는 사실을 알아냈다. 반대로 PER 단백질 응축을 방해하는 물질들이 세포 내에 과도하게 많아지면 불안정한 일주기 리듬과 수면 사이클이 유발된다는 사실도 확인했다.

김 교수팀은 이주곤 교수팀과 함께 실험으로 검증했다. 더 나가 비만·치매·노화가 수면 사이클 불안정을 가져오는 요인임을 규명했다. .

김재경 교수"비만과 치매, 그리고 노화가 불안정한 수면을 유발하는 원인을 수학과 생명과학의 융합 연구를 통해 밝힌 연구"라며 "이번 성과를 통해 수면 질환의 새로운 치료법이 개발되길 기대한다"고 말했다.

김대욱 KAIST 수리과학과 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '미국국립과학원회보(PNAS)' 온라인판에 지난달 26일 실렸다. (논문명: Wake-sleep cycles are severely disrupted by diseases affecting cytoplasmic homeostasis)