[뉴스웍스=문병도 기자] 김영준 광주과학기술원(GIST) 생명과학부 교수팀이 뇌 생체시계가 방출하는 소마토스타틴계 신경펩타이드가 난자형성 일주기 리듬을 생성하는 메커니즘을 규명했다.

연구팀은 신경 세포 활성 조절 기술과 유전자 발현 조작 기술을 적용하여 노랑초파리 뇌에 존재하는 약 10만개의 신경세포 중 6쌍의 생체시계 신경이 뇌간 영역에 위치한 인슐린 성장호르몬 분비 세포의 활성을 주기적으로 억제하고, 이를 통해 난자 형성을 촉진하는 생식호르몬인 유약호르몬 분비 리듬을 생성해 난자형성 일주기 리듬을 만들고 있음을 발견했다.

동물들은 성공적인 생식을 위해 번식기를 최적화하도록 진화하여 대형 포유류는 6개월 이상의 임신기간을 갖고 가을에 번식하여 봄에 출산하고, 임신 기간이 짧은 소형 포유류와 조류는 주로 봄에 번식하여 여름에 출산한다. 

동물의 생체시계는 계절에 따른 낮밤 길이 변화를 감지하여 번식기를 결정하는데 중요한 기능을 할 것으로 추정되지만 암컷 번식기를 결정하는 메커니즘은 알려지지 않았다.

노랑초파리는 생체시계 연구의 중요한 모델 동물로, 노랑초파리에서 생체시계 유전자인 피어리어드를 분리한 연구자들이 2017년 노벨생리의학상을 수상하기도 했다. 

노랑초파리 뇌에는 생체시계 기능을 수행하는 약 150개의 신경이 있어 노랑초파리의 행동 주기와 함께 호르몬 분비 리듬 등 다양한 생리작용의 일주기 리듬을 생성한다. 

뇌 생체시계가 어떻게 번식기 형성에 중요한 난자형성 주기를 생성하는지는 밝혀진 바 없다.

연구팀은 DN1p 생체시계 신경이 주기적으로 방출하는 소마토스타틴계 신경펩타이드인 알라토스타틴-C가 인슐린 성장호르몬 세포의 분비 활성을 억제한다는 것을 최초로 발견했다.

알라토스타틴-C는 포유류를 포함한 척추동물에서 생식호르몬의 분비를 조절하는 생식샘 자극 호르몬 분비 호르몬의 분비를 억제한다고 알려진 소마토스타틴과 상동체로, 척추동물에서도 생체시계가 방출하는 소마토스타틴이 생식호르몬의 분비 활성의 일주기를 생성할 것이라는 가설을 제시한다.

김영준 교수는 “연구에서 최초로 발견한 알라토스타틴-C 방출 생체시계 신경과 생식호르몬 분비 및 난자형성 리듬과의 인과 관계는 아직 미지의 영역인 척추동물의 번식기를 결정하는 신경과 분자 메커니즘을 밝히는데 중요한 통찰을 제시할 것으로 기대한다”라고 말했다.  

GIST가 지원하는 생명의과학융합연구소사업, 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업, 한국초파리연구자원은행사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구 성과는 자연과학 분야 세계적 권위지인 미국국립과학원회보(PNAS)에 지난 1월 26일자 온라인으로 게재됐다.