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에너지 항상성 유지에 관여하는 포도당 반응성 세포막 수용체의 발견
생명과학 KISTI (2008-09-26)
일본의 독립행정법인 이화학연구소 (리켄)와 과학기술진흥기구 (JST)는 세포 외부의 정보를 세포 내로 전달하는 막 단백질인 GPCR (G-protein coupled receptor)의 한 종류인 BOSS (bride of sevenless proteins) 세포막 수용체 단백질이 세포 외부의 포도당 농도에 반응하여 에너지항상성 제어에 관여한다는 사실을 발견했다고 2008년 9월 23일자 보도를 통하여 발표했다. 이것은 리켄 뇌과학종합연구센터의 히라바야시 연구팀과 국립대학법인 동경대학교 약학부 미우라 (三浦正幸) 교수팀의 공동연구에 의한 연구성과이다.

생체의 중요한 에너지원인 포도당과 지질 대사의 항상성 유지는 성장 및 생명활동에 있어서 필수불가결하다. 특히, 격한 운동 또는 기아 (飢餓) 시의 에너지의 생산은 축적된 지방질에 의해 크게 좌우된다. 생물에는 체내에 저장된 에너지 상태를 감지하여 에너지의 소비와 생산의 균형을 유지함으로써 에너지 고갈 상태에 빠지지 않도록 조절하는 기구가 존재할 것으로 생각되어 왔다. 그러나, 이러한 에너지 (영양) 센서 혹은 에너지 항상성의 유지에 관여하는 분자 기구는 다세포생물에서는 아직까지 밝혀진 바가 없다.

일반적으로 세포 외부의 화학적 정보를 세포 내부로 전달하는 기능을 가진 단백질로 알려진 GPCR 단백질은 호르몬을 비롯한 신경전달물질 등의 세포 외 신호물질 (리간드)을 세포막 위에서 인식하여 세포 내에 그 정보를 전달하는 기능성 막단백질 수용체로써 알려져 있다. 다양한 리간드에 대응하기 위해서 다수의 GPCR가 존재하여 자연계에 존재하는 최대의 단백질 군을 구성하고 있다. GPCR은 특히, 의과학 연구 분야에서 중요하며, 실제로 임상에 적용된 약제의 50% 이상이 GPCR을 표적으로 한 것이다. 그러나, 아직까지 리간드를 비롯한 생리적 역할이 불명확한 수용체 (orphan receptor)들도 다수 남아있는 상태이다.

연구그룹은 orphan receptor GPCR 중에서 당 수송체 또는 당 전이효소 등과 상동성이 있으면서 생물종 사이에 보존성이 높은 후보 수용체들을 선택하여 유전자 분석을 실시한 결과 포도당 응답성 수용체로써 기능하는 신규 유전자인 “BOSS/GPRC5B”를 동정하였다. 또한, 이 수용체가 세포 외부의 포도당 농도에 대한 반응에 관여하는 에너지 (영양) 센서라는 사실을 초파리를 이용한 다양한 실험계를 통하여 증명하였다 (그림 참조).

BOSS 유전자는 선충에서 사람에 이르기까지 폭넓게 보존된 것을 통해 동물에서 일반적으로 공통된 즉, 생존에 필수적인 기능을 수행할 것으로 예상된다. 따라서, 위 연구성과는 현재 사람들에서 문제화되고 있는 비만을 비롯한 대사증후군 (metabolic syndrome)과 당뇨병 등의 질환에 대한 이해와 더불어 이들 질환에 대한 새로운 치료법의 개발에 공헌할 것으로 기대된다.

위 연구 성과는 미국의 과학잡지인 “Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”에 2008년 9월 넷째 주에 온라인 상으로 공개될 예정이다.

그림 1. 포도당 농도 변화에 반응하는 BOSS 수용체.
A. 세포 외부 포도당 농도에 의존적으로 리포터 유전자의 활성을 상승시킴.
B. 초파리 유충 지방체 (포유류의 지방조직에 해당)에서 발현된 BOSS (적색)와 마우스의 GPRC5B (녹색)은 포도당 자극에 의해 세포막에서 세포 내부로 유입됨.

그림 2. BOSS 결손 변이체는 에너지 대사의 제어 이상으로 인해 체내 당 농도 (A) 및 체지방 함량 (B) 등에서 야생형과 큰 차이를 보임.
정보제공 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
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