한국과학기술원(KAIST)은 서성배 교수와 뉴욕대 오양균 박사 연구팀이 충분한 음식을 섭취한 초파리에서 과잉 섭식 행동을 억제하는 신호를 발견했다고 15일 밝혔다. 동물의 뇌 속에는 미각 신경이 생기기 전부터 영양분 감지 신경세포가 존재해 왔다.
서 교수가 포함된 뉴욕대 연구팀은 선행 연구에서 초파리가 영양분을 필요로 하는 상황에 놓이면 신경세포 'DH44'가 체내 당분의 농도를 감지해 영양가 있는 음식을 선택하는 행동 변화를 일으키는 것을 확인했다.
이번 연구에서는 초파리 체내에 영양분이 많을 때 DH44 신경세포를 특이적으로 억제하는 상위 조절 신호를 발견했다.
연구팀은 DH44 신경세포가 단순히 초파리의 음식 선호를 조절하는 것을 넘어서서, 영양분이 필요한 상황에서 탄수화물류에 대한 섭식 행동을 증가시킴을 확인했다.
이어 배가 부르게 되면 DH44 신경세포에 대한 억제 신호가 초파리 뇌 밖 주변 장기에서 전해져 과식을 막게 된다.
연구팀이 신호가 어떤 장기에서 유래하는지 파악하기 위해 초파리의 뇌와 연결된 말단 장기들을 하나씩 제거하며 실험한 결과, 초파리의 위에 해당하는 장기 '크롭'(Crop)과 척수에 해당하는 '복부 신경중추'(VNC)에서 DH44 억제 신호가 발생하는 것으로 나타났다. 연구팀은 DH44 신경세포가 초파리의 위에 신경 가지를 뻗어 음식물 섭취에 의한 장기의 물리적 팽창 신호를 '피에조 채널'을 통해 인지함을 확인했다.
피에조 채널은 특정 세포나 조직에 가해지는 물리적 팽창을 감지할 수 있는 센서로 포유동물의 호흡, 혈압 조절 등에 중요한 역할을 한다.
초파리에게서는 소화 기관의 물리적 팽창을 감지해 DH44 신경의 기능을 억제함으로써 추가적인 탄수화물 섭취를 막고, 과도한 팽창으로부터 내장 기관을 보호하는 기능을 한다고 연구팀은 설명했다. 또 초파리의 복부 신경중추에 있는 '후긴' 신경세포는 체내 영양분의 농도가 높을 때 이를 감지, 후긴 수용체를 발현하는 DH44 세포의 신경 활성을 억제한다.
이를 통해 체내 에너지가 높은 상태일 때 소화기관에 부담을 줄 수 있는 추가적인 섭식 행동을 차단하게 된다.
서성배 교수는 "동물 뇌 속 영양분 감지 신경세포가 상위 신호전달 체계에 의해 억제될 수 있음을 처음으로 입증했다"며 "식이장애와 비만 연구에 기여할 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '뉴런'(Neuron) 지난달 19일 자에 실렸다.