KAIST, 동물 식습관 조절 원리 규명

서울대 이원재 교수와 공동 성과

체내 필수아미노산 결핍 인지 후 선호 식성 변화 과정 규명

국제학술지 네이처(Nature) 게재

[대전=뉴시스]초파리의 필수아미노산 항상성 유지 기전 모식도. 음식 또는 장내미생물 유래 필수아미노산이 결핍되면 장 세포의 Gcn2-Atf4와 Tor-Mitf 신호전달에 의해 CNMa 호르몬의 발현이 유도된다. 발현된 CNMa 호르몬은 CNMa 수용체를 자극해 필수아미노산을 섭취하는 섭식행동을 일으킨다.(사진=KAIST 제공). *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 동물이 체내서 생산하지 못하는 필수아미노산 부족을 인지하고 이를 확보하기 위해 식습관을 조절하는 원리가 밝혀졌다.

KAIST는 생명과학과 서성배 교수팀이 서울대학교 이원재 교수팀과 공동연구를 통해 동물이 체내 단백질, 필수아미노산 부족을 감지하는 장 세포와 필수아미노산을 섭취하도록 섭식행동을 조절하는 구체적인 원리를 규명했다고 7일 밝혔다.
 
또 공동연구팀은 필수아미노산을 생산하는 장내미생물이 동물 식습관 조절에 미치는 영향도 확인했다.
 
중요 영양소인 수분이나 당분, 단백질은 20여종의 아미노산으로 이뤄져 있고 이 중 10개의 아미노산은 우리 몸이 합성하지 못하는 필수아미노산(EAA)으로 음식물이나 장내세균을 통해서만 보충된다.

인체는 결핍된 EAA를 선호하도록 식성을 바꿔 EAA를 더 많이 섭취할 수 있게 유도하는 본능을 갖고 있다.

하지만 아직 '생체가 어떻게 체내의 EAA 결핍을 인지하는가', '인지 후 어떻게 EAA를 선호하는 식성으로 유도해 섭취하는가'에 대한 답을 구하지 못하고 있다.

이에 공동연구팀의 이번 연구에서 어떤 유전자가 체내 EAA 부족을 감지하는지, 어떤 신호를 통해 부족한 아미노산을 섭취하도록 섭식행동을 조절하는지, EAA 생산 장내미생물이 이런 메커니즘에 어떠한 영향을 미치는지 등을 확인하기 위한 실험을 진행했다.

이를 위해 연구진은 초파리에 다양한 EAA 결핍 상황을 유도해 초파리의 생리학적 변화를 분자생물학적 기법을 통해 조사했다.

조사 결과, EAA 결핍 상황이 되면 초파리의 장 호르몬 중 하나인 CNMa 호르몬이 장 상피세포(enterocytes)에서 분비돼 상피세포가 EAA를 흡수하면서 결핍 여부를 감지한다는 사실을 밝혀냈다.

또 공동연구팀은 CNMa 호르몬이 발현되는 과정에서 기존에 세포 내 아미노산 센서로 알려진 Gcn2와 Tor 효소들이 관여한다는 사실도 확인했다.

이어 분비된 CNMa 호르몬이 해당 수용체가 발현하는 장 신경세포(enteric neuron)를 활성화해 뇌로 신호를 보내 EAA를 선호하는 식성을 가지도록 유도한다는 사실도 연구팀은 밝혀냈다.
 
이번 연구는 동물의 체내 EAA 결핍 인지 및 인지 뒤 선호 식성 유도 메카니즘을 분자적 수준에서 설명하고 장내세균-장-뇌 축(microbiome-gut-brain axis)의 상호작용을 최초로 증명한 사례로 국제학술지 '네이처(Nature)' 온라인 판에 지난 5일자로 게재됐다.(논문명 : Response of the Drosophila microbiome-gut-brain axis to amino acid deficit).

연구팀은 EAA 결핍인지 시스템 및 관련된 섭식행동 시스템을 정상적으로 제어해 비만, 당뇨와 같은 중요한 대사질환을 치료할 수 있는 획기적인 치료법을 제안할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

논문 제1 저자 KAIST 김보람 박사는 "이번 연구 결과는 동물의 장내미생물-장-뇌 축을 통해 아미노산 결핍이 일어난다는 사실을 처음으로 밝혔다는데 큰 의미가 있다"며 "사람을 포함한 척추동물에서도 이런 경로를 통한 장내미생물의 식성 조절 가능성을 제기, 현대인의 불균형한 식습관으로 인한 만성질병을 개선할 수도 있을 것"이라고 말했다.

서울대학교 이원재 교수는 "EAA 결핍 인지 시스템 장애는 비정상적인 섭식행동을 유도할 수 있고 이는 비만 및 당뇨와 같은 중요한 대사질환의 원인이 될 수 있다"면서 "앞으로 사람에 존재하는 유사한 경로를 발견하는데 초석이 되는 연구"라고 의미를 부여했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]