POSTECH 연구팀, “수면 조절 스위치 있다”
![AANAT 발현의 일주기리듬 형성에 대한 모델 1. AANAT translation을 조절하는 cis-acting element의 결정: AANAT 5’UTR에 translation을 조절하는 IRES (internal ribosome entry site) elements가 존재하고 약 46 nt가 rhythmic IRES activity에 결정적인 역할을 한다. 2. AANAT IRES element에 결합하여 translation을 활성화시키는 trans-acting factors의 규명: AANAT IRES activity를 조절하는 단백질이 hnRNP Q이며, 송과선에서 그 발현이 밤에 급격히 증가하는 일주기리듬을 형성한다. 3. rhythmic AANAT IRES activity가 밤의 멜라토닌 호르몬 합성에 결정적인 역할: 송과선 hnRNP Q의 rhythmic 발현에 의해서 AANAT 단백질의 양적인 증가가 조절을 받으며 나아가서는 멜라토닌 호르몬의 합성을 조절한다. [그림 밤의 송과선, hnRNP Q (hnQ) 증가 AANAT translation 활성 AANAT protein 증가 멜라토닌 합성 증가] 이 연구를 통해 단백질의 합성이 일주기리듬의 특정 시간에 따라 조절 받는다는 것을 최초로 규명하였으며, 시계유전자 발현의 일주기리듬 형성에 대한 다양한 조절기작중 translation 단계에서의 조절이 리듬 형성에 필수적인 단계임을 보여주는 표본 연구결과이다.](https://file.newswire.co.kr/data/datafile2/thumb_480/2007/04/2007040111753908900.11531900.jpg)
AANAT 발현의 일주기리듬 형성에 대한 모델
1. AANAT translation을 조절하는 cis-acting element의 결정: AANAT 5’UTR에 translation을 조절하는 IRES (internal ribosome entry site) elements가 존재하고 약 46 nt가 rhythmic IRES activity에 결정적인 역할을 한다.
2. AANAT IRES element에 결합하여 translation을 활성화시키는 trans-acting factors의 규명: AANAT IRES activity를 조절하는 단백질이 hnRNP Q이며, 송과선에서 그 발현이 밤에 급격히 증가하는 일주기리듬을 형성한다.
3. rhythmic AANAT IRES activity가 밤의 멜라토닌 호르몬 합성에 결정적인 역할: 송과선 hnRNP Q의 rhythmic 발현에 의해서 AANAT 단백질의 양적인 증가가 조절을 받으며 나아가서는 멜라토닌 호르몬의 합성을 조절한다. [그림 밤의 송과선, hnRNP Q (hnQ) 증가 AANAT translation 활성 AANAT protein 증가 멜라토닌 합성 증가]
이 연구를 통해 단백질의 합성이 일주기리듬의 특정 시간에 따라 조절 받는다는 것을 최초로 규명하였으며, 시계유전자 발현의 일주기리듬 형성에 대한 다양한 조절기작중 translation 단계에서의 조절이 리듬 형성에 필수적인 단계임을 보여주는 표본 연구결과이다.
멜라토닌이 수면조절, 우울증이나 불면증과 깊은 연관이 있다는 사실은 잘 알려져 있지만 멜라토닌이 밤에 많이 합성되고 분비되는 분자적 메커니즘이 명확하게 규명된 것은 이번이 처음이다.
이 연구결과는 발생학 및 분자생물학 분야의 권위지 ‘Genes and Development’ 4월 1일자에 게재됐다.
김경태 교수팀에 따르면 낮과 밤의 명암길이, 계절의 일조시간 변화 등 빛의 변화를 감지하는 역할을 하는 뇌의 송과선(松科腺)에서 hnRNP Q라는 단백질이, 밤이 되면 AANAT 효소 증가의 ‘스위치’ 역할을 해 결과적으로 멜라토닌을 합성케 한다는 것이다.
김 교수팀은 송과선을 ‘밤’ 상태에 둔 뒤 hnRNP Q를 인위적으로 낮추었을 때, 멜라토닌의 합성을 좌우하는 AANAT 효소의 생성과 멜라토닌의 합성이 확연하게 줄어드는 것을 발견함으로써, AANAT 효소의 합성이 멜라토닌의 증가를 유도한다는 메커니즘을 증명해 냈다.
멜라토닌의 합성을 결정짓는 AANAT라는 효소는 mRNA(messenger RNA)의 앞부분에 단백질의 번역을 유도하는 IRES(Internal Ribosome Entry Site) 활성*을 가지는 부위가 있으며, 이 부위에 hnRNP Q라는 단백질이 결합해 활성화되면서 AANAT 효소가 증가하게 되고 이 효소가 증가함에 따라 멜라토닌이 늘어나면서 수면을 유도하게 된다는 것이다.
밤에만 일어나는 이 같은 AANAT 효소의 합성이 멜라토닌 호르몬의 일주기 리듬을 형성한다는 이 연구결과는 앞으로 이를 이용한 수면 조절 기능성 물질이나 우울증 치료 신약 개발에 활력을 불어넣을 것으로 기대된다.
이번 연구는 과학기술부의 뇌신경생물학 사업단과 한국과학재단 특정기초연구개발사업의 지원을 받아 이루어졌다.
웹사이트: http://www.postech.ac.kr
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