생체시계와 치매 그 관계에 대하여

연구실 문을 열자 시큼하고 달착지근한 향이 몰려왔다. 눈앞에는 성인 평균 키보다 훨씬 높은 선반이 여럿 달려 있다. 선반마다 시험관이 빽빽하게 서 있다. 시험관을 하나 빼내 안을 들여다보니 양초처럼 굳어 있는 초산과 호밀가루 주위로 초파리들이 날아다니고 있다.

임정훈 울산과학기술원(UNIST) 생명과학부 교수팀은 초파리 실험을 통해 동물의 행동이 유전적으로 어떻게 조절되는지 연구하고 있다. 그 중에서도 가장 관심 있는 분야는 수면과 같은 생체시계다.

“RNA가 생체시계에 영향” 최초로 밝혀

과학자들은 생체시계의 정체를 분자생물학적인 수준에서 밝혀내기 위해 오랫동안 연구를 진행해 왔다. 세포는 DNA 염기서열로 이뤄진 각 유전자의 유전 정보를 RNA나 단백질처럼 생물학적 활성을 갖는 물질로 발현시킨다. 생체시계는 이런 유전자 발현 정도를 일정한 패턴으로 증가시키거나 감소시키면서 24시간 주기의 리듬을 갖게 한다. 지금까지 ‘피어리어드(period)’ ‘타임리스(timeless)’ ‘클락(clock)’ ‘사이클(cycle)’ ‘크립토크롬(cryptochrome)’ 등 생체 리듬을 유지하는 데 관여하는 유전자가 여럿 발견됐다.

임정훈 교수는 “생명 현상을 근본적으로 이해하기 위해서는 교과서나 책에 얽매이기 보다는 다양한 상상력을 발휘해야 할 필요가 있다”고 전했다. | 사진: 아자스튜디오 현진

임 교수는 KAIST 박사후연구원이던 2006년, 동료 과학자들과 함께 생체시계를 조절하는 후보 유전자 ‘cg4857’을 처음 발굴했다. cg4857에 변형을 가하자 피어리어드 유전자의 RNA에서 번역이 제대로 일어나지 못하면서 생체시계의 주기인 24시간이 26~27시간으로 늘어났다.

임 교수는 “RNA가 번역된다는 뜻은 리보핵산(RNA)에서 단백질이 만들어진다는 것인데, 이를 위해 RNA에 리보솜이 결합돼야 한다”며 “cg4857이 피어리어드의 RNA에 달라붙어 리보솜과의 결합을 돕는다”고 설명했다.

임 교수는 cg4857이 피어리어드의 발현을 조절해 생체시계에 영향을 미친다는 점에 착안해 이 유전자에 생체시계 주기인 ‘트웬티포(Twenty-four)’라는 이름을 붙였다. 그는 “당시 학계에서는 생체시계가 DNA에서 RNA로 전사되는 과정에만 관여한다는 주장이 우세했다”며 “트웬티포 유전자 연구를 통해 생체시계가 RNA에서 단백질로 번역되는 과정에도 관여한다는 사실을 최초로 밝혀냈다”고 말했다. 그는 이 내용을 2011년 ‘네이처’에 발표했다.

현재 임 교수는 신경유전학 및 리보노믹스연구실을 이끌며 RNA가 단백질을 만드는 과정에 주목해 생체시계를 어떻게 조절하는지 연구하고 있다. 2013년에는 트웬티포가 루게릭병이나 치매 등 퇴행성 뇌질환에 관여하는 ‘어택신(ataxin)-2’ 유전자와 결합한다는 사실도 추가로 알아냈다.

올해 4월에는 어택신-2에 결합하는 단백질의 종류에 따라 어택신-2의 역할이 달라진다는 사실을 확인해 ‘셀’의 자매지인 ‘몰레큘러 셀’에 발표했다. 임 교수는 “이런 특성이 퇴행성 뇌질환의 발병에 어떤 영향을 미치는지 연구 중”이라고 말했다.

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