DGIST 서병창 교수 (사진=DGIST 제공)
DGIST 연구팀이 생물체 내의 통증을 인식하는 'pH-감지 이온채널'의 새로운 작동 메커니즘을 발견하고 그 원리를 규명하는 데 성공했다.
이번 연구 결과는 통증 신호를 전달하는 데 중추적인 역할을 담당하는 pH-감지 이온채널의 작용 메커니즘을 보다 정밀하게 이해하고, 통증을 조절할 수 있는 치료제를 개발하는 연구에 큰 영향을 줄 것으로 기대된다.
통증은 생물체 내에 분포한 통점이 자극을 받아서 통각 신경을 통해 뇌로 전달되는데, 통점을 구성하는 세포의 세포막에 통각 유발 물질이 결합하면서 통증 신호를 인식한다.
염증, 국소 빈혈, 암 등 통증을 수반하는 병리생리학적 상황에서 생물체 내부에서는 pH 변화가 일어난다. pH-감지 이온채널(ASIC)은 생체 내의 pH 변화를 감지해 통증 신호를 뇌에 전달하는 역할을 하고 있다. 생물학적으로 pH-감지 이온채널에 대한 많은 연구가 진행됐지만 작동 메커니즘 및 세포막 결합 기작에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않은 부분이 많다.
서병창 교수 연구팀은 pH-감지 이온채널의 활성을 조절하는 세포막 결합 기작을 분자적 수준에서 밝혔으며 이는 지금까지 알려져 있지 않던 pH-감지 이온채널의 새로운 세포막 결합 기작을 발견 및 규명한 것이다.
연구팀은 동물실험을 통해 pH-감지 이온채널의 소단위체들 간에 서로 다른 세포막 결합 기작이 있다는 사실을 규명했다. 세포막에 결합하는 ASIC2a는 세포막에 결합하지 못하는 ASIC2b와 달리 단백질 내에 세포막 결합 신호를 가지고 있다는 사실을 알아냈다.
또한, 세포막 결합 신호를 가지고 있지 않은 ASIC2b는 ASIC2a와 이형복합체를 형성함으로써 세포막으로 결합됨을 밝혔다.
이번 연구 결과는 pH-감지 이온채널의 새로운 세포막 결합 기작을 밝혔다는 데 의미가 있으며 ASIC2a와 ASIC2b 소단위체들 외에 pH-감지 이온채널의 다른 소단위체들과 다양한 이온채널들의 활성 조절 기작에 대한 이해와 연구에 방향성을 제시했다는데 의의가 있다.
DGIST 뇌‧인지과학전공 서병창 교수는 "pH-감지 이온채널의 세포막 결합 및 활성 조절 기전의 이해는 통증 신호 전달체계를 파악하는 데 중요한 역할을 하며, 이번 연구는 pH-감지 이온채널의 새로운 조절 메커니즘을 규명했다는 데 중요한 의미를 가진다"며 "지속적인 연구를 통해 신경계에 작용하는 추가적인 작용을 규명하고 통증을 치료할 수 있는 새로운 방법을 개발하는 데 노력할 것"이라고 말했다.
이번 연구 성과는 국제학술지 네이처의 자매지인 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 8월 1일자 온라인판에 게재됐으며, 이번 연구는 미래창조과학부 중견연구자와 DGIST 신경노화재생연구단 및 한국뇌연구원 대뇌피질연구단의 지원으로 수행됐다.