연구성과 & News




□   GIST(지스트, 총장 문승현) 생명과학부 김도형·김영준 교수팀이 미국 캘리포니아주립대학 리버사이드(UCR)의 마이클 애덤스(Michael E. Adams) 교수팀과 공동연구를 통해 곤충의 탈피*과정 중 호흡기관에 공기를 채우는 과정을 카이닌(Kinin)**호르몬이 조절한다는 사실을 밝혀냈다.

      * 곤충 등 절지동물이 성장과정에서 허물을 벗는 과정으로 이 과정에서 문제가 생길 경우 해당개체는 살아남지 못함.

     ** 짧은 아미노산 구조인 펩티드성 신경호르몬의 일종으로 탈피행동에 중요한 역할을 하는 것이 알려져 있었고 호흡기에 관련된 기능이 이번에 처음으로 밝혀짐.

  ∘  곤충의 호흡기는 인간의 폐와 유사하여 산소를 조직까지 운반하는 기능을 한다. 인간은 아기가 태어날 때 폐 안의 분비물이 배출되고 공기가 차는 과정을 한 번 거치지만, 반면 곤충은 탈피과정마다 새로운 호흡기관이 형성되고 그 안에 공기가 차는 과정을 거친다.

 

□  곤충의 탈피과정은 탈피행동유도호르몬(ETH)*으로 시작하는데 ETH에 반응한 뇌신경이 카이닌(Kinin)이라는 신경호르몬을 분비하여 새로 형성된 호흡기관에 존재하는 체액을 흡수하고, 그에 따라 공기가 유입되는 과정을 조절한다는 것을 밝혔다. 카이닌에 문제가 생길 경우 체액이 흡수되지 못해 대부분의 곤충이 호흡곤란으로 죽었다.

     * 탈피행동유도호르몬(ETH)은 마지막 허물벗기행동을 직접적으로 일으키는 호르몬이며 이 호르몬을 곤충에 주사할 경우 새 큐티클이 준비되지 않은 상태에서도 탈피행동만을 일으킬 수 있음.

  ∘ 연구팀은 뇌에서 분비되는 호르몬인 카이닌(Kinin)이 혈액을 통해 호흡기관에 도달하며 카이닌수용체를 기지고 있는 호흡기조직세포가 활성화된다는 사실을 칼슘이미징(Ca2+ imaging)기술*을 이용하여 증명하였다.카이닌의 농도가 증가할수록 호흡기조직세포가 더 빠르게 활성화되었다.

   * 세포활성이 높아질 경우 세포 내 칼슘의 농도가 변화하는 원리를 이용해 세포활성의 변화를 실시간으로 측정하고 화면으로 보여주는 기술

□  연구팀은 또한 카이닌이 곤충호흡기에 작용하는 과정에서 나트륨채널(ENaC: Epithelial Na channel)*이 중요한 역할을 하는 것을 밝혀냈는데, 이 채널은 인간의 폐에서도 체액제거에 동일하게 작용한다. 이러한 발견은 카이닌이 인간의 폐에 물이 차는 증상인 폐부종이나 신생아의 호흡문제 등을 해결하는 신약개발에 활용될 가능성을 가지고 있음을 보여준다.

   * 폐조직 내부와 외부의 나트륨농도차이를 이용해서 폐 표면에 존재하는 액체분비물을 폐조직 안으로 흡수함으로써 압력변화를 통해 폐에 공기가 찰 수 있도록 하는 채널

 

□  김도형 연구 교수는 “이번 연구는 곤충들도 인간과 유사한 원리로 호흡기 질환을 가질 수 있으며 그 과정에카이닌호르몬이 핵심적인 역할을 한다는 것을 처음으로 밝힌 것으로, 질식현상을 이용한 새로운 해충방제 뿐만 아니라 인간의 호흡기연구에도 모델로 사용될 수 있을 것으로 기대한다” 고 밝혔다.

 

□   이 연구는 김도형 연구 교수 주도로 김영준 교수(공동저자)와 마이클 애덤스(Michael E. Adams) 교수(교신저자)가 참여하여 수행되었으며, 한국연구재단이 지원하는 학문후속세대양성사업(리서치펠로우), 광주과학기술원의 재원인 GIST 리서치펠로우사업, 창조적도전과제사업, 한국초파리 연구자원 은행(Korea Drosophila Resource Center, KDRC)의 지원을 받았으며, 연구 성과는 자연과학 분야 세계적 권위지인 미국국립과학원회보(PNAS) 1월31일자 온라인 게재되었다. <끝>

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