동물은 어떻게 과식을 억제할까?..과잉 섭식행동 억제 신호 발견

KAIST, 초파리 'DH44' 신경세포 활성화로 과식 억제
피에조 채널과 후긴 신경세포가 DH44 활성화 차단

서성배 KAIST 교수 연구팀은 초파리에서 과잉 섭식 행동을 억제하는 두 가지 신호를 발견했다. 그림은 초파리의 DH44 신경세포의 두 가지 억제신호에 대한 모식도로 피에조 채널과 후긴 신경세포로 인해 DH44 신경세포의 활성을 억제, 과잉 섭식행동을 막는다. KAIST 제공

국내외 연구진이 동물에 존재하는 과식억제 시스템의 작동 메커니즘을 밝혀냈다. 인간의 식이장애와 비만 예방을 위한 연구에 활용될 것으로 기대를 모은다.

KAIST는 서성배 교수 연구팀이 오양균 미국 뉴욕대 박사 연구팀과 공동으로 충분한 음식을 섭취한 초파리에서 과잉 섭식 행동을 억제하는 두 가지 신호를 발견했다고 15일 밝혔다.

동물의 뇌 속에는 미각 신경이 생기기 전부터 영양분 감지 신경세포가 존재해 왔다. 서 교수팀은 초파리 체내에 영양분이 많을 때 'DH44' 신경세포를 특이적으로 억제하는 상위 조절 신호를 발견했다.

연구팀은 DH44 신경세포는 단지 초파리의 음식 선택 행동을 조절하는 데 그치지 않고, 영양분이 필요할 때 적극적으로 탄수화물류에 대한 섭식 행동을 증가시키는 것을 밝혀냈다. 이어 DH44 신경세포에 대한 억제 신호가 초파리 뇌 밖 주변 장기에서 전해져 과식을 막는다는 것을 실험을 통해 확인했다.

억제 신호가 어떤 장기에서 장기에서 오는지 파악하기 위해 초파리의 뇌와 연결된 말단 장기들을 하나씩 제거하는 방식으로 추적한 결과, 초파리의 위에 해당하는 내장 부위와 척수에 해당하는 복부 신경중추에서 DH44 억제 신호가 발생하는 것을 알아냈다.

연구팀은 또 DH44 신경세포가 초파리의 위에 해당하는 내장기관에 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. 초파리에게선 소화기관의 물리적 팽창 감지를 통해 DH44 신경세포의 기능을 억제한 후, 추가적인 탄수화물 섭취를 막아 내장기관의 과도한 물리적 팽창을 막아 보호하는 기능을 한다고 연구팀은 설명했다.

아울러, 초파리의 척수에 해당하는 복부 신경중추에 있는 '후긴(Hugin)' 신경세포는 체내 영양분의 농도가 높을 때 이를 감지해 후긴 수용체를 발현하는 DH44 세포의 신경 활성을 억제한다. 이런 작용을 통해 이미 체내 에너지가 높은 상태일 때, 소화기관에 부담을 줄 수 있는 추가적인 섭식행동을 차단하는 것을 실험적으로 입증했다.

서성배 KAIST 교수는 "동물의 뇌 속에 존재하는 영양분 감지 신경세포의 섭식 유도기능이 상위 신호전달체계에 의해 특이적으로 억제되고 있음을 처음으로 입증한 연구결과"라며 "각기 다른 물리적, 화학적 신호를 인지해 DH44 세포 활성화를 통해 생기는 과식이 억제된다"고 말했다.

이 연구결과는 신경과학 국제 학술지 '뉴런(지난달 19일자)' 온라인판에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr