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Research

뇌세포 조절 통해 비만치료 핵심 메커니즘 밝혀

  • 조회. 676
  • 등록일. 2019.09.05
  • 작성자. 홍보팀

뇌세포 조절 통해 비만치료 핵심 메커니즘 밝혀
- DGIST 뇌·인지과학전공 김은경 교수팀, 뇌 시상하부 띠뇌실막세포에서 에너지 대사 조절 기전 밝혀
- 기존보다 향상된 비만 치료제 개발을 위한 새로운 연구 방향 제시

 

△DGIST 뇌·인지과학전공 김은경 교수(왼쪽), 김설송 석박사통합과정 학생(오른쪽)

 

 DGIST(총장 국양) 뇌·인지과학전공 김은경 교수(뇌대사체학 연구센터장) 연구팀이 고지방 식이에 의한 비만을 예방 및 치료할 수 있는 새로운 후보표적을 발견했다고 5일(목) 밝혔다. 이번 연구성과는 향상된 비만 치료제 개발을 위한 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 기대된다.

 최근 현대사회의 서구화된 식습관으로 비만, 당뇨와 같은 기초대사량이 줄어드는 대사성 질환이 증가하고 있다. 이를 예방하고 치료하려면 식욕을 감소시키거나 기초대사량을 늘려 에너지소비를 증가시켜야 하는데, 현재까지 효과적인 대사성 질환치료를 위한 구체적인 메커니즘이 밝혀지진 않았다. 

 이에 김은경 교수 연구팀은 뇌실1)과 시상하부2)를 연결하는 띠뇌실막세포(tanycyte)가 음식에 함유된 영양소를 감지하여 식욕을 조절한다는 점에 착안해, 띠뇌실막세포 내 미토콘드리아 단백질인 ‘TSPO(translocator protein)’가 과영양 상태에 반응하여 지질 및 에너지 대사를 조절한다는 사실을 밝혔다. 또한 TSPO를 억제시키면 신체 에너지대사를 증가시키고 식욕을 감소시키는 흥미로운 결과를 발표했다.

 이를 입증하기 위해 연구팀은 고지방을 다량 섭취한 비만쥐의 띠뇌실막세포 내에서 지방 저장주머니 역할을 담당하는 지방소립(lipid droplet)이 과도하게 축적됨을 확인했다. 이 때 이 세포 내 TSPO를 억제하면 체내 에너지 항상성이 활성화되면서 지방소립을 분해하여 에너지는 얻는 지질포식작용(lipophagy)이 유도되어 지방소립이 에너지원으로 사용됨을 관찰했다. 

 결과적으로 이러한 작용들로 인해 세포 내 에너지대사에 필수적인 역할을 담당하는 ‘아데노신 3인산(Adenosine Triphosphate:ATP)’3)의 생산량이 증가했다. 또한 고지방 식이 비만쥐에서 띠뇌실막세포의 TSPO의 발현을 억제 시, 식욕 감소 및 신체 에너지대사가 증가하면서 체중 감소효과를 보였다. 

 김은경 교수는 “자가포식작용 중 지질포식작용을 조절하는 띠뇌실막세포 TSPO의 역할을 규명하는 것은 과영양 상태에서 이 세포들의 기능을 이해하는데 도움이 될 수 있다”며, “띠뇌실막세포 TSPO를 비만과 같은 대사성 질환에 대한 잠재적 치료 전략으로 이용할 수 있는 가능성을 시사한다.”라고 설명했다.

 이번 연구결과는 DGIST 뇌·인지과학전공 김설송 석박사통합과정 학생이 제1저자로 참여했고, 자가포식분야의 세계 최고 권위 학술지인 ‘오토파지(Autophagy)’에 8월 30일자 온라인 게재됐다. 아울러 이 연구는 과학기술정보통신부의 DGIST 뇌신경 가소성 기반 재활기전 및 재활기법의 융합연구사업과 한국연구재단의 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 

1) 뇌실(cerebral ventricles) : 뇌의 내부에 있는 공간. 대뇌, 소뇌, 뇌간 등의 구조물로 둘러싸여 있다.
2) 시상하부(hypothalamus) : 뇌하수체로 이어지는 부분으로 식욕 및 에너지 대사를 조절. 다양한 영양소 및 호르몬의 신호를 받아들여 음식 섭취, 배고픔, 에너지 항상성 등을 조절한다.
3) 아데노신 3인산(Adenosine Triphosphate:ATP) : 아데노신에 인산기가 3개 달린 유기화합물. 모든 생물의 세포 내 존재하여 에너지대사에 매우 중요한 역할을 담담한다.


   연구결과개요   

Tanycytic TSPO Inhibition Induces Lipophagy to Regulate Lipid Metabolism and Improve Energy Balance
Seolsong Kim, NayounKim, Seokjae Park, Yoonjeong Jeon, Jaemeun Lee, Seung-Jun Yoo, Ji-Won Lee, Cheil Moon, Seong-Woon Yu, and Eun-Kyoung Kim
(Autophagy, 30th Aug 2019)

 뇌 시상하부 제 3 뇌실막에 존재하는 신경아교세포인 띠뇌실막세포 (tanycyte)는 에너지 항상성을 위해 다양한 대사 기능을 조절하는 시상 하부의 구성 요소이다. 여기서, 본 연구팀은 띠뇌실막세포의 미토콘드리아 외막에 존재하는 단백질인 TSPO (translocator protein)가 과영양에 대한 항상성을 조절함으로써 비만치료의 잠재적인 표적으로 보고했다. TSPO 리간드인 PK11195의 제 3 뇌실막 투여와 띠뇌실막세포 특이적 TSPO 결실은 고지방 식이 마우스에서 식욕을 줄이고 에너지 소비를 증가시켰다. 이러한 띠뇌실막 TSPO의 결실은 과량의 지질 영양 상태에서 AMPK 활성을 통하여 자가포식작용중에서도 지질을 선택적으로 분해하는 지질포식작용 (lipophagy)을 유도함으로써 지방소립을 유리 지방산으로 분해하여 ATP 에너지를 증가시켰다. 본 연구 결과는 띠뇌실막 TSPO가 자가포식작용를 조절함으로써 지질 대사를 변화시키고 전신 에너지의 균형에 관여한다는 사실을 제시하고 이는 과영양에 반응하는 시상하부의 지질 감지 및 에너지 조절 측면에서의 TSPO의 생리학적 중요성을 강조한다. 

 

    연구결과문답   

Q. 이번 성과 무엇이 다른가?
현재까지 중추신경계에 존재하는 면역세포인 미세아교세포(microglia)에서 신경염증반응에 대한 TSPO의 발현과 기능에 대해서는 잘 알려져 왔으나, 그 외의 다른 신경교세포(glial cells)에서 TSPO의 역할은 밝혀진 바가 없다. 본 연구는 시상하부 띠뇌실막세포의 TSPO가 지질포식작용에 의한 지질 분해를 통해 식욕이나 에너지 대사를 조절할 수 있다는 새로운 사실을 처음으로 확인했다.

Q. 어디에 쓸 수 있나?
시상하부 내 지질 과영양 상태를 인지하여 에너지 대사를 조절하는 분자적 기전을 이해하고, 본 연구를 통해 비만과 같은 대사성 질환의 치료에 새로운 표적후보에 대한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.  

Q. 실용화까지 필요한 시간과 과제는?
본 연구에서 확인 한 TSPO의 역할과 그 기전을 밝히고 조절 약물을 개발하는 것은 새로운 대사질환 치료제 개발에 도움이 될 것으로 예상된다. 하지만 앞서 밝혀진 미세아교세포의 TSPO 작용을 배제하기 위해 띠뇌실막세포에만 선택적으로 전달할 수 있는 약물의 개발이 필요할 것이다.

Q. 연구를 시작한 계기는?
최근 시상하부 내 신경회로 뿐 아니라 띠뇌실막세포 또한 섭취 된 영양소들을 탐지하여 식욕을 조절 할 수 있는 가능성이 밝혀졌으나 지질 특이적인 지질 감지 및 분해 기능에 대해서는 밝혀진 바가 없었다. 미토콘드리아 단백질인 TSPO가 세포 내 지질 및 에너지 대사를 조절할 수 있다는 선행연구들을 바탕으로 띠뇌실막세포 TSPO의 지질 대사 조절 메커니즘에 대한 연구를 수행하였다. 

Q. 어떤 의미가 있는가?
본 연구를 통해 현재까지 알려지지 않은 뇌 시상하부 띠뇌실막세포의 지질포식작용에 의한 식욕 및 에너지 대사 조절 가능성을 확인하였으며, 이를 통해 향후 고지방 식이에 의한 비만의 치료에 새로운 치료 전략을 제시했다.

Q. 꼭 이루고 싶은 목표는?
현재까지 다양한 식욕억제제나 다이어트 식품들이 시판되고 있으나 그 효과가 검증되지 않았거나 여러 부작용 가지고 있는 문제점들이 존재한다. 아직 알려지지 않은 식욕 및 에너지 대사 조절의 기전을 이해하고 밝힘으로써 대사질환의 새로운 치료 전략에 기여하고 싶다.


   그림 설명   

[그림] 고지방 식이 상태에서 띠뇌실막세포 내 TSPO 발현 억제를 통한 체중 감소 모식도 

(그림설명) 정상적으로 TSPO를 발현하는 쥐는 고지방식이에서 띠뇌실막세포 내에 지방을 지방소립 형태로 다량 축적하게 되며, 비만을 유발하게 된다. 반면 뇌 시상하부 띠뇌실막세포에 특이적으로 TSPO의 발현을 억제한 쥐의 경우, 고지방 식이에서 지질포식작용의 활성에 의해 지방소립이 분해되어 지방을 에너지원으로 사용하고, 지질 감지에 의해 식욕이 감소되고 에너지 소비가 증가되어 체중이 감소한다. 


   논문 바로보기       ☞    Autophagy

 

 

 

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