심장의 혈압 감지 유전자 발견

KIST 뇌과학 연구팀, 고혈압 원인인자 밝혀 고혈압 치료에 초석이 되는 데 큰 역할

막단백질(기계채널) 텐토닌3의 심장에서 혈압 감지 역할 밝혀

고혈압 등 혈압 관련 질병의 이해 및 치료제로의 발전 가능성 기대

고혈압은 뇌졸중, 심장마비 등을 일으키는 현대인의 고질적인 질병 중 하나이다. 우리가 직접 감지하지는 못해도 우리의 몸은 동맥의 혈압을 측정하고, 혈압이 너무 낮으면 높이고 반대로 혈압이 높으면 낮추며 조절하고 있다. 혈압 조절이 잘되지 않으면 대개 고혈압으로 이어진다. 이렇게 혈압을 감지하는 센서 역할을 하는 세포를 혈압수용체라 부른다. 그동안 혈압수용체 세포 내부의 어떤 단백질이 외부의 자극을 감지하는지는 알려지지 않았다.
한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 오우택 박사 연구팀이 근육의 수축과 이완을 조절하는 기계채널 단백질인 ‘텐토닌3’가 심장의 혈압 또한 정밀하게 조절하는 센서로 작용한다는 것을 밝혔다고 발표했다.
기계채널(Mechanosensitive Channel): 세포막에 존재하여 세포의 안과 밖으로 이온을 통과 시키는 막 단백질이다.

기계채널 텐토닌3의 유전자가 대동맥 혈압수용체 신경말단에서 다량 관찰되었고 특히 텐토닌3을 발현하는 신경은 대동맥을 완전히 싸고 있었다, 텐토닌3 유전자가 제거된 녹아웃 마우스에서 심장과 연결된 신경다발을 적출하여 팽창하는 자극을 주었을 때, 텐토닌3 유전자가 제거되었을 경우에는 혈압 감지 능력이 크게 떨어지는 것을 확인하였다.
텐토닌3의 녹아웃 마우스에서 혈압을 측정한 결과, 대조군에 비해 큰 차이가 보였고, 텐토닌3 유전자를 다시 발현시켰을 때 혈압이 원상태로 돌아오는 것을 확인하였다.

이온채널은 생체막에 통로를 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질로써, 이온의 이동에 따라 생체에 전기신호를 발생시킨다. 이온채널에 의한 세포의 전기적 흥분은 심장 박동, 호르몬 분비, 감각 및 운동을 가능하게 한다. 따라서, 이온채널이 고장나면 심각한 질병이 발생할 수 있다.
특히 이온채널 중 하나인 기계채널은 세포에 물리적(기계적) 자극이 가해질 때 열리는 이온채널로, 기계적 자극을 감지하는 생체센서이다. 따라서 기계채널은 촉각, 진동, 압각 등의 외부적인 자극을 감지하는데 사용될 뿐 아니라 근육의 수축정도, 뼈의 움직임, 허파 팽창, 혈압의 높낮음과 같은 내부의 자극을 감지하는데에도 필요하다.
KIST 연구진은 혈압을 조절하는 센서를 파악하기 위해 심장 근방의 신경다발을 관찰하던 중 대동맥 혈압수용체 신경 말단에서 기계채널 텐토닌3의 유전자를 다량 발견하였다. 특히, 텐토닌3을 발현하는 신경은 대동맥을 완전히 싸고 있었다, 이에 KIST 오우택 박사는 텐토닌3 유전자를 제거한 쥐를 통해 실험한 결과, 혈압 감지 능력이 크게 떨어지는 것을 확인하였다. 또한, 텐토닌3 유전자를 다시 발현시켰더니 혈압이 원상태로 돌아오는 것을 확인하였다.
KIST 뇌과학연구소 오우택 박사는 “심장의 혈류를 감지하여 혈압을 조절하는 텐토닌3 이온채널의 역할을 조명하였고, 동물의 혈압 감지 시스템의 생리학적인 이해의 범위를 한층 넓혔다 할 수 있다.”라며, “텐토닌3 이온채널 유전자의 역할을 명확하게 밝힌 본 연구를 통하여 심장 혈압감지의 오류로 인한 고혈압 치료에 초석이 되는 데 큰 역할을 할 것으로 생각한다.”라고 밝혔다.
이 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단 뇌과학원천기술개발사업, 리더연구자지원사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 JCI(The Journal of Clinical Investigation, U.S.A.) (IF : 12.28, JCR 상위 : 1.84%) 최신호에 게재되었다.

논문명은 Tentonin 3/TMEM150C senses blood pressure changes in the aortic arch, 제 1저자는 KIST 뇌과학연구소장실 Lu Huan-Jun 학생연구원이고 교신저자는 KIST 뇌과학연구소 오우택 책임연구원이다.

□연구결과 개요

1. 연구의 필요성 
 ○ 우리의 몸은 심장에서 나오는 혈류를 감지하여 혈압을 측정한다. 혈압은 대동맥 혈압수용체에서 측정되어 혈압이 높을 경우 낮추고, 낮을 경우엔 높여서 혈압이 일정한 상태로 유지하도록 한다.
 ○ 대동맥 혈압수용체에서 혈압을 센서하는 분자센서가 명확하게 규명되지 않았다.

2. 발견 원리
 ○ 기계채널 텐토닌3의 유전자가 대동맥 혈압수용체 신경말단에서 다량 관찰되었고 특히 텐토닌3을 발현하는 신경은 대동맥을 완전히 싸고 있었다, 텐토닌3 유전자가 제거된 녹아웃 마우스에서 심장과 연결된 신경다발을 적출하여 팽창하는 자극을 주었을 때, 텐토닌3 유전자가 제거되었을 경우에는 혈압 감지 능력이 크게 떨어지는 것을 확인하였다.
 ○ 텐토닌3의 녹아웃 마우스에서 혈압을 측정한 결과, 대조군에 비해 큰 차이가 보였고, 텐토닌3 유전자를 다시 발현시켰을 때 혈압이 원상태로 돌아오는 것을 확인하였다.
  
3. 연구 성과
 ○ 본 연구를 통해 기계채널 텐토닌3이 심장의 신경다발에 발현하여 혈압을 감지하는 분자센서임을 규명하였다.
 ○ 본 연구결과는 기계채널 텐토닌3이 혈압조절의 문제로 야기되는 저/고혈압을 같은 심혈관 질환뿐만 아니라 당뇨와 같은 다양한 관련 질환 치료에도 활용될 수 있을 것이다.

□연구결과 문답

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

◯ 심장의 신경다발에는 혈압센서가 있을 것으로 추정 되었는데, 수십 년 동안 찾지 못하였다. 불과 1년 전에 보고된 ‘피에조’ 기계채널 이외에도 또 다른 기계채널인 ‘텐토닌3’ 또한 심장의 신경다발에서 혈압 센서의 역할을 할 것이라는 가설을 가지고 연구를 시작하였다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

◯ 2016년 동일한 국내연구진에 의하여 세계 최초로 발견된 새로운 기계채널인 ‘텐토닌3’의 심장에서의 새로운 역할을 찾아내었다.

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나?

◯ 저혈압이나 고혈압의 새로운 치료제로의 가능성을 제시하였다.

□ 기대효과와 실용화를 위한 과제는?

◯ 실용화를 위한 텐토닌3의 활성제 또는 저해제의 연구와 향후 임상연구자와의 협업이 필요하다.

□용어 설명

1. 기계채널
세포막에 존재하여 세포의 안과 밖으로 이온을 통과 시키는 막 단백질이다. 세포가 받는 기계(물리)자극을 감지하여 이온을 통과 시켜 세포를 흥분시키며 이와 관련된  다양한 기능을 한다.

2. 텐토닌3
텐토닌3은 2016년 오우택 박사 연구팀에 의하여 세계 최초로 기계채널임을 밝혔고, 근육의 수축과 이완을 감지하는 생체센서(단백질)라는 것을 밝힌바 있다.(Neuron
. 2016 Jul 6;91(1):107-18.)

□그림 설명

 

[그림 1]
  대동맥 신경말단에서 텐토닌3의 발현 확인

[그림 2]
텐토닌3을 제거한 마우스는 혈압이 증가(A, B)하고 심박수(C)가 증가함

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[그림 3]

심장에서 나오는 혈류의 혈압을 감지하는 기계채널과 관련 분자센서 모식도 (TTN3: 텐토닌3)

 

□저자 이력사항

◇오우택 박사(교신저자) 이력사항

1. 인적사항
 ○ 성 명 : 오우택
 ○ 소 속 : 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 소장
 ○ 전 화 : 02-958-7031
 ○ e-mail : utoh@kist.re.kr

2. 학력사항
 ○  1978    서울대학교, 약학대학 학사
 ○  1982    서울대학교, 약학대학 석사
 ○  1987    미국 오클라호마대학교 생리학 박사
 
3. 경력사항
 ○ 1988 ~ 2017 서울대학교 약학대학 교수
 ○ 1998 ~ 2003 Associate Editor, Neuroscience Letters, Elsevier
 ○ 1999 ~ 2000 Editor-in-chief, Archives of Pharmacal Research
 ○ 2008 ~ 현재  Editorial Board, Molecular Pain
 ○ 2013 ~ 현재  Editorial Board, Pflugers Archiv
 ○ 2013 ~ 2017 한국 파스퇴르연구소 이사장
 ○ 2017 ~ 현재 한국과학기술연구원, 뇌과학연구소 소장

4. 전문분야
 ○ 이온채널, 감각신호전달, 뇌신경생리학

◇LU HUAN JUN 학생연구원(제 1저자) 이력사항
1. 인적사항

○ 성 명 : LU HUAN JUN
 ○ 소 속 : 한국과학기술연구원 뇌과학연구소
            학생연구원
 ○ 전 화 : 02-958-7035
 ○ e-mail: huan-jun-lu@kist.re.kr

2. 학력
 ○ 2015 – 현재  서울대학교 약학대학 박사과정
 ○ 2017 – 현재  한국과학기술연구원 뇌과학연구소 학생연구원
 
3. 경력사항
 ○ 2015  서울대학교 Lecture & Research Scholarship
 ○ 2016  서울대학교 SNU Global Scholarship
 ○ 2017  서울대학교 SNU Developmnet Fund Scholarship

4. 전문분야정보
 ○ 심혈관 시스템 및 통증에서의 이온채널의 역할

KIST 홍보실 제공