해외언론동향
해외언론동향 내용 담당 :생명윤리안전정책연구팀 : 02-737-8452,
게재 일자 : 2019-07-01 
키워드 : 인간대상연구, 신경과학, 임상시험, 임상연구 

세로토닌은 기억력, 인지력, 행복감 및 여타 감정에 영향을 미치는 뇌 전체에서 발견되는 다목적 분자임. 연구자들은 수면에 관해 세로토닌이 가지는 역할에 대해 오랫동안 논의해왔으며, 세로토닌은 잠을 촉진하는지, 아니면 그 반대인 각성을 촉진하는지를 탐구해옴. 칼텍의 과학자들은 제브라 다니오(zebrafish)와 실험용 쥐를 대상으로 연구하면서 세로토닌이 수면에 필요하다는 것을 발견함.


해당 연구를 다룬 논문은 624Neuron 학술지에 발표됨. 이 연구는 생물학자 David Prober가 이끄는 칼텍의 연구원들과 Chen Institute's Center for Molecular and Cellular Neuroscience의 장인 Viviana Gradinaru의 밑에서 일하는 연구원들 간의 협업으로 이루어짐.


세로토닌과 잠에 대한 이전의 연구는 상반되어 보이는 결과를 낳아옴. 어떤 연구는 세로토닌이 수면을 촉진한다는 것을 보여주었지만, 다른 연구들은 세로토닌을 생성하는 뉴런이 각성 상태에서 가장 활발하게 활동하며 화학물질을 방출한다는 것을 보여줌.


이 논쟁을 해결하기 위해, 칼텍 팀은 세로토닌을 생성하는 뇌 속 뉴런의 주요 개체군이 있는 봉선핵(raphe nuclei)이라고 불리는 부위에 초점을 맞추어 연구를 진행함. 봉선(縫線)은 진화적인 관점에서 아주 오래 전부터 존재했던 구조물로서 물고기에서 인간에 이르는 광범위한 유기체의 뇌간에서 발견됨. 봉선은 세로토닌을 만들고 다른 뇌 부위로 내보내는 일을 맡고 있음.


Prober 산하 연구실의 수석 박사후 학자인 그리고리오스 오이코노무가 주도하여 해당 연구는 먼저 제브라 다니오를 실험 대상으로 삼음. 제브라 다니오는 잠에 관한 연구에서 널리 사용되는 작고 투명한 물고기임. 인간처럼 제브라 다니오 또한 주행성 동물임.


먼저 연구원들은 제브라 다니오를 유전적으로 변형시켜서 그들의 봉선이 세로토닌을 생성하지 않도록 함. 이러한 유전적 변형을 겪은 물고기들의 경우, 그렇지 않은 물고기들에 비해 수면시간이 반밖에 되지 않는 것으로 나타남. 또 다른 실험에서 연구원들은 특정 물고기들의 봉선을 완전히 제거했고, 이 물고기들도 다른 물고기들에 비해 잠을 훨씬 적게 자는 것으로 나타남.


세 번째 실험에서, 몇몇 제브라 다니오들은 그 봉선이 빛에 의해 활성화될 수 있도록 유전적으로 변형됨. 해당 물고기들은 빛을 비춰주면 잠에 빠져들었는데, 이는 봉선의 활성화가 잠을 촉발시킴을 의미함. 이러한 효과가 일어나기 위해선 세로토닌이 필요한데, 세로토닌을 합성하지 않는 물고기의 경우 봉선을 활성화시키더라도 수면 관련 아무런 효과도 보이지 않았기 때문임.


Prober 산하 연구원들처럼, Gradinaru 산하 연구원들도 봉선에 초점을 맞추어 연구를 진행하였고, 쥐의 봉선에 있는 세로토닌을 생성시키는 뉴런을 유전적으로 제거함. 그 결과, 쥐들이 평균보다 잠을 더 적게 자는 것을 발견함. 이러한 뉴런들을 빛으로 자극시키는 것도 쥐들을 잠들게 하는 것으로 나타났는데, 이 경우 각성 상태에서 자연스럽게 일어나는 해당 뉴런들의 기본적인 행동 양식에 일치하는 주파수로 빛이 투여됨.


연구에 참여한 Altermatt은 다음과 같이 설명함. “여기에는 역설이 존재한다. 해당 뉴런들을 자극시키는 것은 동물들이 잠에 빠져들도록 만들지만, 이 뉴런들은 주로 낮에 활동한다는 것이다. 수면을 조절하는 요인들 가운데 하나로 항상성(恒常性; homeostatic) 수면 압박이라는 것이 존재한다. 사람이 아침에 일어날 때는 방금 막 휴식을 취한 상태이기에 기력이 넘치지만, 하루가 지날수록 수면 압박의 강도가 점점 더 세지게 되는 것이다.”


연구에 참여한 연구원들이 세운 이론에 따르면, 봉선에서 발생하는 뉴런들의 활동과 그것들이 배출하는 세로토닌을 통해 뇌는 각성 상태에서 시간이 흐를수록 점점 더 강한 수면 압박을 받게 되는 것임.

 

* 기사 원문보기: https://medicalxpress.com/news/2019-06-debate-serotonin-role.html

* 관련 논문: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S089662731930491X

* 사진출처 : Medical Xpress 

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