최근 수행된 연구는 수면 장애가 알츠하이머 병과 같은 신경퇴행성 질병과 놀라울 정도로 밀접한 연관성을 가진다는 것을 시사한다. 수면 부족은 알츠하이머 질병의 가능성을 증가시키는데, 수면 패턴이 깨진다는 것은 바로 이러한 질병을 불러오는 첫 번째 신호이다. 워싱턴 대학교 세인트루이스 의과대학(Washington University School of Medicine in St. Louis) 및 펜실베이니아 대학교(University of Pennsylvania) 연구진은 수면 각성 사이클(sleep-wake cycle)과 기타 신체 리듬을 조절하는 유전자가 기능을 상실했을 때에, 알츠하이머 환자에게 보이는 유사한 세포 손상의 결과가 나타난다는 것을 발견하였다.

인체 신진대사를 관장하는 체내 시계 세포가 오작동을 하게 되면, 자유라디칼(free radical)과 같은 위험한 화학물질을 중화시키는 작용을 하는 뇌의 일상 주기의 일부분이 작동을 멈춘다는 증거를 연구진은 발견하였다. “일반적으로 뇌는 정오가 되면 자유라디칼의 정화를 돕는 산화방지 효소 생산을 증가시킨다. 그러나 시계 세포가 오작동을 하면, 산화방지 효소 생산이 중단되어, 뇌에 남아 있는 자유라디칼에 의해 뇌는 더욱 손상될 수 있다“고 본 논문의 주저자인 신경학 부교수 에릭 뮤지엑(Erik Musiek) 박사는 말했다.

뮤지엑은 본 논문의 공동 상급 저자인 앤드류 B.(Andrew B.) 및 그렛첸 P. 존슨(Gretchen P. Jones) 교수이자 워싱턴 의과대학교 신경학과장인 데이비드 홀츠만(David Holtzman)과 함께 펜실베이니아 대학교 약학과장 개럿 피츠제럴드(Garret FitzGerald)의 실험실에서 연구를 수행하였다. 본 논문은 2013년 11월 25일 ‘저널 오브 클리니컬 인베스티게이션(The Journal of Clinical Investigation)’에 게재되었다. 뮤지엑은 비말1(Bmal1)이라는 마스터 시계 유전자가 결핍된 쥐를 이용하여 실험을 수행하였다. 본 유전자가 결핍되면, 일반적으로 일어나는 특정 시간 대의 뇌 활동이 방해를 받게 된다.

“예를 들어, 쥐는 주로 밤에 깨어 활동하고 낮 동안에 잠을 자는데, 비말1(Bmal1) 유전자가 결핍되면, 일주기 리듬이 없어져 낮과 밤에 동일하게 잠을 자게 된다. 이 경우, 쥐들은 동일한 양의 잠을 자게 되지만, 일과가 뒤죽박죽되어 버려 결국 일상을 흐름을 잃게 된다”고 뮤지엑은 말했다. 피츠제럴드는 비말1(Bmal1)이 결핍된 쥐를 이용하여 시계 세포가 당뇨병 및 심장병과 연관이 있는지에 대해 연구한 결과, 시계 유전자가 혈압, 혈당, 지질 수치에 영향을 미친다는 것을 발견하였다. 몇 년 전 뮤지엑이 펜실베이니아 대학교 신경학과 레지던트로 일하던 시절, 피츠제럴드는 비말1(Bmal1) 유전자가 어떻게 뇌에 손상을 주는지에 대해 연구하기를 결심하였다. 수면과 알츠하이머 질병의 관련성에 대한 선구적인 연구를 수행한 홀츠만은 뮤지엑이 워싱턴 대학교에서 박사 후 과정을 지내는 동안 상기 연구를 지속하고 확장하기를 원했다.

최근 연구에서 뮤지엑은 비말1(Bmal1)이 결핍된 쥐가 노화될수록 뇌 세포 손상이 정상 쥐에 비해 많아지고 정상적인 기능을 하지 못하게 된다는 것을 발견하였다. 뇌 손상의 형태는 알츠하이머 병 및 기타 신경퇴행성 질환을 앓는 환자에게서 나타나는 것과 유사했다. “시계 세포가 손상된 쥐들은 일반 쥐들에 비해 노화에 따른 뇌 손상 정도가 심했다. 자유라디칼은 뇌 세포 또는 기타 조직과 접촉하여 심각한 손상을 일으키는 화학반응을 일으키는데, 시계 세포가 손상된 대다수의 쥐들이 신진대사의 부산물인 자유라디칼의 영향을 받았다”고 뮤지엑은 말했다.

상기 실험 후 뮤지엑은 자유라디칼을 중화시키고 제거하여 뇌 손상을 최소화하는 역할을 하는 핵심 산화방지 효소 생산을 연구하였다. 정오 무렵, 건강한 쥐들에게서는 몇몇 산화방지 단백질 수치가 최고조에 이른 반면, 비말1(Bmal1)이 결핍된 쥐들에게는 이러한 특징이 나타나지 않았다. 본 경우, 자유라디칼은 뇌에 더 오래 남아있게 되고, 뇌에 더 많은 손상을 주었을 것이다. “우리는 시계 유전자에 문제가 생기는 것이 신경퇴행에 어떻게 기여하고, 시계 유전자 유무가 수면에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 보다 자세히 파악하고자 노력하고 있다. 아마도 시계 유전자는 수면과 각성 상태뿐만 아니라 뇌의 다른 많은 기능들을 관장하고 있을지도 모른다. 따라서 본 연구가 매우 도전적인 과제이긴 하지만, 꼭 필요한 연구라 할 수 있다”고 뮤지엑은 말했다.

그림설명: 일상 리듬을 관장하는 유전자의 오작동은 뇌 세포의 자발적 죽음을 더욱 초래할 것으로 사료된다. 과학자들은 상기 관계가 알츠하이머 질병과 같은 신경퇴행성 질환이 종종 수면 장애와 관련되어 있는 이유를 설명하는데 도움이 될 것으로 기대하고 있다. (제공: 에릭 뮤지엑)

참고문헌: Erik S. Musiek, Miranda M. Lim, Guangrui Yang, Adam Q. Bauer, Laura Qi, Yool Lee, Jee Hoon Roh, Xilma Ortiz-Gonzalez, Joshua T. Dearborn, Joseph P. Culver, Erik D. Herzog, John B. Hogenesch, David F. Wozniak, Krikor Dikranian, Benoit I. Giasson, David R. Weaver, David M. Holtzman, Garret A. FitzGerald. Circadian clock proteins regulate neuronal redox homeostasis and neurodegeneration. Journal of Clinical Investigation, 2013; DOI: 10.1172/JCI70317

 

출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2013/11/131125125352.htm / KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-11-29