천식, 심장 마비 및 기타 질환이 이른 아침에 자주 발생하는 이유를 설명하는 연구

바이츠만 과학 연구소의 가드 애셔 교수 연구실 연구진은 중요한 발견을 했습니다. 생체 리듬의 핵심 구성 요소인 BMAL1이라는 단백질이 산소 결핍에 대한 신체의 반응을 조절한다는 것입니다. Cell Metabolism 에 게재된 이 연구 결과는 많은 산소 결핍 질환이 시간 의존적인 이유를 설명하는 데 도움이 됩니다.

생체리듬과 산소결핍의 역할

생체 리듬은 신체 모든 세포의 활동을 조절하는 24시간 내부 분자 메커니즘입니다. 세포의 "시계"로 알려진 단백질 BMAL1은 산소가 부족할 때 활성화되는 또 다른 핵심 단백질인 HIF-1α와 상호 작용합니다.

• HIF-1α: 정상적인 산소 수치에서는 이 단백질이 빠르게 파괴됩니다. 그러나 HIF-1α가 결핍되면 HIF-1α는 저산소증에 적응하는 데 도움이 되는 유전자를 안정화, 축적 및 활성화합니다.
• BMAL1: 연구 결과, 이 일주기 단백질은 HIF-1α 기능을 향상시킬 뿐만 아니라, 신체의 산소 결핍 반응에 독립적인 역할을 하는 것으로 나타났습니다.

쥐를 이용한 실험

연구진은 생체 리듬과 저산소증에 대한 반응 사이의 관계를 연구하기 위해 유전자 변형 쥐를 세 그룹으로 나누었습니다.

1. HIF-1α는 간 조직에서 생성되지 않았습니다.
2. BMAL1을 생성하지 않았습니다.
3. 두 단백질 모두 생성되지 않았습니다.

결과:

• 산소 수치가 떨어지면 BMAL1이 결핍되어 HIF-1α 축적이 방해를 받고, 이로 인해 저산소증에 대한 유전적 반응이 손상됩니다.
• 두 단백질이 모두 결핍된 쥐는 하루 중 시간대에 따라 생존율이 낮았으며, 특히 밤에 사망률이 높았습니다.

결론: BMAL1과 HIF-1α는 신체를 저산소증으로부터 보호하는 데 중요한 역할을 하며, 일주기 리듬은 신체의 산소 결핍 반응과 직접적인 관련이 있습니다.

간병리학 및 폐와의 연관성

간에 두 단백질이 모두 없는 쥐의 경우, 연구진은 저산소증에 노출되기 전에도 혈중 산소 수치가 낮은 것을 발견했으며, 이로 인해 이러한 사망이 폐 기능 장애와 관련이 있을 것이라는 의심이 제기되었습니다.

• 이 쥐들은 간폐증후군을 앓게 되었는데, 이는 폐의 혈관이 확장되어 혈류는 증가하지만 산소 흡수 효율은 감소하는 질환입니다.
• 분석 결과, 폐에서 일산화질소 생산이 증가했고, 이로 인해 혈관 확장(혈관이 넓어짐)이 증가한 것으로 나타났습니다.

연구의 중요성

1. 질병의 연대생물학: 연구 결과는 저산소증이나 천식, 심장마비와 같은 질병을 앓고 있는 환자가 하루 중 특정 시간에 상태가 악화되는 이유를 설명합니다.
2. 질병 모델: HIF-1α와 BMAL1이 결핍된 쥐는 간폐증후군을 연구하는 최초의 유전적 모델이 되어 치료에 새로운 길을 열었습니다.
3. 치료 전망: 이 연구는 간-폐 통신에 관여하는 단백질을 조절하는 표적 약물이 새로운 치료 옵션이 될 수 있음을 시사합니다.

"우리는 이제 막 일주기 리듬, 저산소증, 그리고 장기 간 상호작용을 연결하는 복잡한 메커니즘을 이해하기 시작했습니다."라고 애셔 교수는 말했습니다. "이러한 발견은 산소 결핍 관련 질병에 대한 새로운 치료법 개발로 이어질 수 있습니다."