초록 ▼

생체시계의 교란이나 스트레스는 인간을 포함한 포유동물에게 다양한 생리적, 병리적 현상을 유발한다. 글루코코르티코이드(GC)는 스트레스 호르몬인 동시에 확연한 일주기 리듬을 갖는 대표적인 호르몬이지만 일주기적 조절이 갖는 생리적 중요성은 잘 알려져 있지 않았다. 본 연구에서는 생체시계가 교란된 생쥐모델을 기반으로 (1) LDLR 발현의 일주기적 조절기전을 밝히고, (2) 일주기적 GC 리듬의 생리적 기능 및 그 중요성을 규명하며, (3) 생체시계가 관장하는 네크워크 조절을 기반으로 일주기적 GC 기능의 조절기술을 개발하고자 하였다.<

생체시계의 교란이나 스트레스는 인간을 포함한 포유동물에게 다양한 생리적, 병리적 현상을 유발한다. 글루코코르티코이드(GC)는 스트레스 호르몬인 동시에 확연한 일주기 리듬을 갖는 대표적인 호르몬이지만 일주기적 조절이 갖는 생리적 중요성은 잘 알려져 있지 않았다. 본 연구에서는 생체시계가 교란된 생쥐모델을 기반으로 (1) LDLR 발현의 일주기적 조절기전을 밝히고, (2) 일주기적 GC 리듬의 생리적 기능 및 그 중요성을 규명하며, (3) 생체시계가 관장하는 네크워크 조절을 기반으로 일주기적 GC 기능의 조절기술을 개발하고자 하였다.
이를 위하여 우선 혈당, 중성지방, 콜레스테롤을 비롯한 다양한 대사물질들의 일주기적 변이와 그 특징을 파악하였으며, 그 분자적 기전을 파악하기 위하여 콜레스테롤 대사에서 중요한 역할을 하는 low density lipoprotein receptor (LDLR)의 일주기적 조절 기전을 조사하였다. 그 결과 LDLR의 발현은 하루 주기에 따른 발현의 변화를 보인다는 것을 알게 되었고, 일주기 전사인자인 CLOCK/BMAL1 뿐만 아니라, Hes1, Hes6 등의 전사인자들이 LDLR 프로모터 활성을 하루 주기에 따라 조절함을 밝혔다. 특히 sterol regulatory element (SRE)를 포함하는 LDLR 프로모터의 proximal region이 중요하다는 것을 serial deletion 및 mutagenesis실험을 통해 규명하였고, Hes6의 발현이 일주기 전사인자인 CLOCK/BMAL1에 의해 조절되는 분자적 메카니즘을 규명하였다.
다음으로는 생체시계의 교란이 체내 대사물질의 항상성에 미치는 직접적인 역할을 조사하였는데, 특히 섭식 시간대의 변화가 행동과 대사에 미치는 역할에 집중하였다. 그 결과 섭식 시간대를 앞으로 당기거나 뒤로 미루게 되면 혈당 및 콜레스테롤의 대사 조절에 중요한 여러 조절인자들의 발현이 크게 변한다는 것을 알게 되었고, 장기간에 걸친 모니터링의 결과 섭식 시간대의 교란이 지속되면 hyperactivity를 비롯한 행동상의 장애가 나타날 뿐만 아니라, 혈당의 상승과 2형 당뇨의 증상인 인슐린 저항성(insulin resistance)이 나타난다는 것을 밝혔다. 이러한 연구의 결과는 교대근무자나 야간근무자에서 볼 수 있는 대사성 질환의 발병에 커다란 함의를 갖는 것이다.
신경행동학적 측면에서 GC 리듬의 생리적 중요성을 파악하기 위하여 해마 및 편도체 의존성 학습 및 우울증과 불안증 모델을 이용하여 BMAS 생쥐의 신경행동학적 분석을 수행하고, 스테로이드 및 카테콜아민 호르몬들의 일주기적 합성 및 분비양상을 분석하였다. 그 결과 외부의 time cue가 사라진 DD 광주기하에서는 부신 GC 함량 및 혈중 GC 농도의 일주기성이 크게 약화되는 반면 카테콜아민 호르몬에는 별다른 변화가 없다는 사실을 규명하였으며, 안전 학습 시험법을 통해 해마신경생성의 변조 가능성이 제기되었고, 강박증 유사행동 또한 크게 감소하는 것으로 밝혀졌다.
부신 생체시계가 교란된 BMAS 생쥐의 해마와 편도체를 대상으로 조직학적, 전기생리학적 특성을 분석한 결과, 장기간 동안 GC 일주기 리듬의 악화를 유도하면 해마 의존성 및 편도체 의존성 기억기능의 저하가 나타남을 알게 되었고, 해마에서 신규 신경세포의 형성이 억제됨을 알게 되었다. 특히 신규 신경세포 형성의 억제는 GC에 대한 수용체가 다량으로 발현하는 dentate gyrus 부위에서 특이적으로 일어나고, GC를 음용수에 추가시키면 나타나지 않는 것으로 볼 때, 일주기 GC 수준의 저하와 밀접하게 관련되는 것으로 생각된다. 이와 더불어 GR의 nuclear translocation 및 Per1과 같은 GC 신호전달 하위유전자 발현을 지표로 하여 해마와 간에서 GC 신호전달 활성을 측정하였는데, 간에서는 혈중 GC 농도에 비례하는 반응성이 나타났으나 해마에서는 GC 농도와 무관하게 과잉반응이 나타났고, 이런 결과는 부동스트레스 모델을 통해서도 재현되었다. 마지막으로 microarray 분석을 통해 60여종의 일주기성 및 GC 반응성 유용해마 유전자군을 발굴하였는데, 보상적 기전(compensatory mechanism)이 존재함을 시사한다.
본 연구의 결과는 현대사회에서 광공해, 야간 근로 및 교통수단의 발달로 말미암은 시차 등의 일주기 교란문제와 스트레스 관련 정신 질환, 대사 이상과 같은 사회적 이슈에 커다란 함의를 가지고 있으며, 일주기 시계에 따른 조절이 생명체의 건강과 밀접하게 관련되어 있음을 입증한다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구개발과제의개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• III. 연구성과 ... 8