[표지로 읽는 과학] '절전모드'로 뇌 과부하 막는 효소

네이처 제공

형형색색의 다발이 세모난 모습으로 운집해 있다. 여러 가지 색깔의 브로콜리가 촘촘히 심겨져 있는 것처럼 보인다. 국제학술지 네이처는 이번 주 표지로 포유류 동물 뇌 속에 있는 신경세포(뉴런) 덩어리를 표현한 이미지를 실었다.

신경계의 단위인 뉴런은 감각 기관과 뇌 사이에서 정보를 전달하는 역할을 한다. 이때 정보를 운반하는 힘이 어떻게 작용하는지는 큰 관심사였다.

엘레프테리오스 코스미디스 덴마크 코펜하겐대 연구팀은 뉴런이 정보를 ‘수송’하는 과정에서 중요한 역할을 하는 액포형ATP분해효소(V-ATpase)의 성질을 밝힌 연구 결과를 23일(현지시간) 네이처에 발표했다.

V-ATpase는 우리 몸속에 있는 효소 중 하나다. 이 효소는 다양한 종류의 세포막을 가로지르며 양성자를 활성화하는 능력을 가지고 있다. 이렇게 활성화된 양성자는 정보가 감각 기관과 뇌를 오가는 데 필요한 일종의 연료가 된다.

연구팀은 V-ATpase가 어떻게 작용하는지 확인하기 위해 포유류를 대상으로 동물실험을 실시했다. 정보가 전달될 때 양성자가 얼마나 활성화되는지 전기 신호를 분석해 확인했다.

분석 결과 이 효소는 지속적으로 양성자를 활성화하진 않는 것으로 나타났다. 이 효소는 ‘활성화 상태’, ‘비활성화 상태’ 그리고 ‘양성자를 누출시키는 상태’ 3가지 상태로 돌아가면서 전환되는 것으로 관찰됐다.

연구팀은 V-ATpase가 상태를 전환하는 속도는 신경세포가 정보를 전달하는 과정에 영향을 미칠 수 있다고 설명했다. 또 이 효소가 과부하에 걸리지 않기 위해 스스로 다양한 상태로 전환이 가능하다는 사실에 주목해야 한다고 말했다. 연구팀은 “이번 연구에서는 V-ATpase가 마치 기계처럼 ‘절전모드’로 전환하는 중요한 성질을 밝혀냈다”고 설명했다. 

[박정연 기자 hesse@donga.com]