동물이 식습관 조절하는 원리 첫 규명…당뇨·비만 치료길 열릴까

- KAIST서울대 공동연구, 필수아미노산 섭취하는 구체적 원리 밝혀

 

초파리의 필수아미노산 항상성 유지 기전 모식도.[KAIST 제공]

 

한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 서성배 교수와 서울대학교 이원재 교수 공동연구팀이 동물이 필수 아미노산을 섭취하도록 섭식행동을 조절하는 구체적인 원리를 규명했다고 7일 밝혔다.

동물은 수분이 부족하면 갈증을 느끼고 물을 마시고, 혈당량이 떨어지면 당을 찾아 먹는다. 필수 영양소 부족하면 자연스럽게 이를 섭취하기 위한 행동 변화가 있다.

수분이나 당분뿐만 아니라 단백질도 중요한 영양소이며 20 여종의 아미노산으로 이루어져 있다. 10개의 아미노산은 우리 몸이 합성하지 못하는 필수아미노산(EAA)으로서 음식물이나 장내세균을 통해서만 보충된다.

 

인체는 EAA의 체내 결핍을 본능적으로 인지할 수 있다고 알려져 있다. 또한 결핍된 EAA를 선호하도록 식성을 바꿔서 EAA를 더 많이 섭취할 수 있게 유도함으로써 EAA들을 효과적으로 보충한다고 알려져 있다.

하지만 아직까지 인체가 어떻게 체내의 EAA 결핍을 알아내고 식성을 유도하지는지에 대해서는 밝혀지지 않았다.

필수아미노산 항상성은 수분 항상성보다 복잡한 메커니즘을 가지고 있다. 장내미생물의 종류에 따라 반드시 섭취해야 하는 필수아미노산의 종류가 달라지기 때문이다.

 

예를 들면, 코알라의 경우 주된 먹이가 되는 나뭇잎의 섬유질을 직접 소화하지 못하고, 장내미생물이 나뭇잎을 분해해 흡수 가능한 영양소를 만들어 내면 이를 흡수한다. 그런데 장내미생물의 종류에 따라 분해할 수 있는 나뭇잎의 종류가 달라지고, 이에 따라 코알라의 식성도 달라진다.

 

이는 필수아미노산과 같이 미생물을 통해 합성이 가능한 영양소의 경우, 똑같은 종의 동물들이라 해도, 동일한 필수아미노산이 부족한 상황에서 각 개체가 보유하고 있는 장내미생물의 종류에 따라 다른 식성을 보일 수 있다는 것을 의미한다.

공동연구팀은 이번 연구에서 어떤 유전자가 체내 EAA 부족을 감지하는지 찾아내고, 어떤 신호를 통해 부족한 아미노산을 섭취하도록 섭식행동을 조절하는지 규명했다. EAA을 생산하는 장내미생물이 이러한 메커니즘에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위한 실험을 진행했다.

연구진은 초파리에 다양한 EAA 결핍 상황을 유도해서 초파리의 생리학적 변화를 분자생물학적 기법을 통해 조사했다. 연구 결과 EAA 결핍 상황이 되면 초파리의 장 호르몬 중 하나인 CNMa 호르몬이 장 상피세포에서 분비됨을 밝혀냄으로써 상피세포가 EAA를 흡수하면서 결핍 여부를 감지한다는 사실을 밝혀냈다.

또한 CNMa 호르몬이 발현되는 과정에서 기존에 세포 내 아미노산 센서로 잘 알려진 Gcn2와 Tor 효소들이 관여한다는 사실도 증명했다. 분비된 CNMa 호르몬은 그 수용체가 발현하는 장 신경세포를 활성화해서 뇌로 신호를 보냄으로써 EAA를 선호하는 식성을 가지도록 유도한다는 사실도 밝혀냈다.

왼쪽부터 김보람 KAIST 박사, 서성배 KAIST 교수, 이원재 서울대 교수.[KAIST 제공]

 

서성배 교수는 “영양소 센서는 모든 개체에 중요하고 진화적으로도 보존돼 있을 것 같아 초파리에서 밝힌 센서들이 포유류에게서도 비슷한 역할을 할 것”이라고 말했다.

이원재 교수는 “EAA 결핍인지 시스템 및 관련된 섭식행동 시스템을 정상적으로 제어함으로써 비만-당뇨와 같은 중요한 대사질환을 치료할 수 있는 획기적인 치료법을 제안할 수 있을 것으로 기대한다고 말했다.

김보람 KAIST 박사가 1저자로 서성배·이원재 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’ 5월 5일자 온라인판에 게재됐다.

 

nbgkoo@heraldcorp.com    [헤럴드경제=구본혁 기자]    입력 2021.05.07