포유류의 온도 감지 메커니즘 연구에서 공백으로 남아 있던 15.5℃ 이하 추위를 감지하는 단백질이 발견됐다. 연구팀은 이 결과가 특정 질병에서 일부 환자가 추위를 다르게 느끼는 이유를 규명하고 추위에 과도한 통증을 느끼는 환자의 치료 등에 기여할 것으로 기대한다.
미국 미시간대 생명과학연구소 숀 쉬 교수팀은 12일 과학 저널 네이처 신경과학(Nature Neuroscience)에서 예쁜꼬마선충(C. elegans)과 생쥐 실험을 통해 포유류에서 추위를 감지하는 ‘글루타메이트 이온성 수용체 카이네이트 타이프 2′(GluK2) 단백질의 기능을 확인했다고 밝혔다.
동물의 온도 감지 메커니즘 연구는 20여년 전 ‘TRPV1’이라는 열 감지 단백질이 발견되며 시작됐다. 쉬 교수는 그동안 뜨겁거나 따뜻하거나 시원한 온도를 느끼는 단백질은 발견됐지만 15.5℃ 이하 추위를 감지하는 단백질은 확인되지 않았다고 말했다. 포유류의 추위 단백질을 확인하는 이 연구는 쉬 교수팀이 2019년 예쁜꼬마선충에서 처음으로 발견한 추위 단백질 ‘글루타메이트 수용체 3′(GLR-3)에서 출발했다.
예쁜꼬마선충은 1~2㎜ 정도에 불과하지만, 단백질 정보가 담긴 유전자는 생쥐와 인간 등 많은 종에서 진화적으로 보존돼 있어 연구용 동물로 널리 사용된다. 연구팀은 예쁜꼬마선충의 추위 수용체 단백질 GLR-3을 단서로 포유류인 쥐에도 그와 같은 역할을 하는 단백질 GluK2가 있다는 사실을 밝혀내고, 유전자를 조작해 GluK2 단백질을 생산하지 못하는 쥐를 만들어 그 기능을 확인했다.
GluK2는 주로 뇌 신경세포(뉴런)에서 발견되고 뉴런 간 통신을 촉진하기 위해 화학 신호를 수신하는 역할을 하지만, 뇌와 척수 외 말초신경계의 감각 신경세포에서도 발현되는 것으로 나타났다. 또 유전자 조작 생쥐에게 온도 자극과 기계적 자극을 가한 결과 Gluk2를 만들지 못하는 생쥐는 뜨겁거나 따뜻하거나 시원한 온도에는 정상적으로 반응하지만, 15.5℃ 이하의 추위에는 반응하지 않는 것으로 밝혀졌다. 현재 GluK2는 뇌에서 뉴런 간 통신을 돕는 역할로 가장 잘 알려져 있지만 온도 감지가 이 단백질의 원래 기능 중 하나였을 것으로 연구팀은 추정했다.
쉬 교수는 “이 발견은 포유류의 온도 감지 퍼즐의 공백을 메우는 것 외에도 인간의 건강과 웰빙에 영향을 미칠 수 있다”며 “인간이 추위에 고통스러운 반응을 보이는 이유를 밝혀내는 데 기여하고 추위 감각이 지나치게 자극돼 통증을 느끼는 환자 치료를 위한 표적도 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.
◆ 출처 : Nature Neuroscience, Shawn Xu et al., ‘The kainite receptor GluK2 mediates cold sensing in mice’, https://doi.org/10.1038/s41593-024-01585-8