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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 오양균
논문 Yangkyun Oh, Jason Sih-Yu Lai, Holly J. Mills, Hediye Erdjument-Bromage, Benno Giammarinaro, Khalil Saadipour, Justin G. Wang, Farhan Abu, Thomas A. Neubert, and Greg S. B. Suh (2019). A glucose-sensing neuron pair regulates insulin and glucagon in Drosophila. Nature. 574, 559–564.
한줄요약 초파리에서의 포도당 감지 신경세포에 의한 인슐린 및 글루카곤 분비 조절



  1. 배경지식

    동물들은 미각 이외에도 체내에 영양분을 인지할 수 있는 신경세포들을 가지고 있습니다. 이러한 영양분 인지 신경세포들은 대략 60 년 전에 전기생리학자들에 의해서 처음으로 발견되었습니다. 꽤 오래전에 발견 되었음에도 이들 신경세포들의 생물학적 기능에 대한 연구는 거의 되어 있지 않았습니다. 2015년 본 연구팀은 초파리 뇌에서 DH44 펩타이드를 분비하는 여섯 개의 신경세포들이 체내 에너지가 부족한 상태에서 영양분이 있는 음식을 먹었을 때 이를 인지하고 해당 음식을 더 먹도록 유도하는 기능을 한다는 것을 발견했습니다. 이는 최초로 발견된 체내 영양분 인지 신경세포의 생물학적 기능이었습니다.

    이후 연구팀은 DH44 신경세포를 이외의 새로운 영양분 인지 신경세포를 발굴하고 이들의 새로운 생물학적 기능을 찾는 과정을 계속 수행했습니다. 이를 위해 초파리 뇌의 여러 부위에 특이적으로 발현되는 Vienna-Tile (VT)-Gal4 라인들을 이용해 각 뇌 조직의 기능을 일정기간 억제시킨 후에 미각의 도움 없이 영양분이 있는 음식을 찾아갈 수 있는지를 확인하는 스크리닝을 진행했습니다. 그 결과 두 개의 독립적인 후보 라인들에서 발견된 동일한 한 쌍의 신경세포가 영양분 인지에 중요한 기능을 함을 발견했습니다.    

  2. 질문

    연구팀은 스크리닝을 통해 발견된 한 쌍의 신경세포가 어떠한 방식으로 포도당을 인지할 수 있는지, 또한 포도당을 인지 한 후에 어떠한 생물학적 기능을 하는지에 대한 연구를 계속 진행했습니다.  

  3. 발견

    우선 후보 신경세포가 실제로 포도당에 의해 활성화 되는지를 칼슘 이미징을 통해 확인했으며, 이 과정에서 Glut1 transporter KATP channel, Voltage-gated calcium channel 이 필수적인 기능을 함을 확인했습니다. 흥미롭게도 후보 신경세포의 axon은 두 갈래로 나뉘어져 뇌의 위쪽 중간에 위치한 인슐린 생성 세포와 초파리 목 부분에 위치한 글루카곤 생성 세포에 신호를 전달 하고 있었습니다. 후보 신경세포를 활성화 시켰을 때 인슐린 생성 세포 역시 활성화 되었으며 이를 통해 인슐린이 체내에 분비됨을 확인했습니다. 반대로 글루카곤 생성 세포는 후보 신경세포의 활성화에 의해 그 기능이 억제되고 이에 따라 글루카곤 분비 역시 억제됨을 확인할 수 있었습니다. 이 연구를 통해 뇌에 위치한 신경세포가 인슐린 및 글루카곤의 분비를 직접적으로 조절할 수 있다는것을 최초로 발견했습니다. 이를 통하여 인간의 혈당 조절 과정에서 뇌 및 중앙 신경계 역시 중요한 조절 기능을 할 수 있다는 가능성을 보여주었습니다. 또한 이번 연구를 통해 영양분 감지 센서가 체내 포도당 농도를 파악하고 인슐린 및 글루카곤 분비를 조절하여 혈당 조절에 기여하는 새로운 기능을 발견했습니다.

  4. 후속

    현재는 한 쌍의 신경 세포의 노화에 따른 기능 저하에 대한 후속연구를 진행중입니다. 또한 high-sugar diet 또는 high-fat diet 의 섭식환경에서 노화에 따른 기능 저하가 어떻게 달라지는지에 대해서도 연구중입니다. 실제로 high-sugar diet 를 먹게 한 초파리의 겨우 20일 정도 노화가 진행되었을 때 포도당 감지 신경세포의 포도당 감지능력이 급격히 저하됨을 확인 할 수 있었습니다. 후속 연구를 통해 특정 영양소를 과다하게 섭취하는 식습관이 포도당 조절 기능저하를 어떤 방식으로 불러일으키는지를 파악할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.  

  5. 소감

    본 연구는 제가 서성배 교수님께서 NYU 에서 재직하시던 때에 시작된 프로젝트로 제가 NYU 에 박사후 연구과정으로 참여하면서 주도적으로 진행하게 된 연구과제였습니다. 저는 카이스트에서 초파리의 수면 조절 신경망 연구를 통해 박사학위를 취득하고 박사 후 연구원을 시작하면서 초파리의 영양분 인지 신경세포의 생물학적 기능을 밝히고 당뇨병과의 연관관계를 밝히는 쪽으로 연구 주제를 바꾸었습니다. 본 연구를 진행하면서 초파리의 섭식행동과 이에대한 신경생물학적 조절에 관한 것들을 새롭게 배울 수 있었으며 독립적인 연구자로 나아가는 발판을 마련한 것 같아 기쁩니다. 아울러 논문 준비과정에 도움주신 교수님들과 동료들, 특히 서성배 교수님께 감사의 말씀을 드리고 싶습니다.



  1. 김진은 (신경내부인지 연구실, 서성배 교수님)

    Date2021.01.07 By생명과학과 Views149
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  2. 오양균 (NYU) (신경내부인지 연구실, 서성배 교수님)

    배경지식 동물들은 미각 이외에도 체내에 영양분을 인지할 수 있는 신경세포들을 가지고 있습니다. 이러한 영양분 인지 신경세포들은 대략 60 년 전에 전기생리학자들에 의해서 처음으로 발견되었습니다. 꽤 오래전에 발견 되었음에도 이들 ...
    Date2021.01.06 By생명과학과 Views121
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  3. 이진형, 김보람, 김병수, 황가영, 이유진 (신경내부인지 연구실, 서성배 교수님)

    1. 배경지식 초파리에서 GAL4-UAS system은 특정 부위에 특정 유전자를 발현시킬 수 있게 해 줍니다. GAL4는 yeast transcription activator protein이고 UAS는 GAL4가 특정적으로 붙는 enhancer인데 GAL4가 있으면 UAS를 enhancer로 가지는 유전자의 ...
    Date2020.12.29 By생명과학과 Views182
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  4. 신왕용 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    <Grin2b 점돌연변이 생쥐의 비정상적 전기생리학적 특징과 특정시기의 NMDAR 활성을 통한 이상 회복> 1. 배경지식 소단위 단백질 GluN2B를 포함하고 있는 NMDA 수용체는 시냅스 장기 약화 (Long-term depression) 등 시냅스 가소성에 중...
    Date2020.05.29 By생명과학과 Views1508
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  5. 박하람 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    1. 배경지식 시냅스는 다양한 단백질의 집합체입니다. 시냅스의 정상발달을 위해서는 단백질들이 적재적소에 발현하여 단백질간의 적절한 상호작용이 있어야합니다. 시냅스 형성 초기에 이와 같은 중요한 역할을 하는 단백질에는 시냅스...
    Date2020.04.30 By생명과학과 Views1525
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  6. 송유향, 황양선 (감각처리연구실, 이승희 교수님)

     <소마토스타틴 (SST)의 작용 메커니즘을 나타낸 모식도 (좌)와 소마토스타틴 처리에 의한 시각 인지 능력 향상 효과(우)> 1. 배경지식 소마토스타틴은 시상 하부에서 뇌하수체 성장 호르몬의 분비를 억제하는 신경펩타이드로 처...
    Date2020.04.30 By생명과학과 Views1429
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  7. 김경덕 (시냅스 뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     <전시냅스 단백질PTPσ에 의한 NMDA 수용체 안정성 조절 > 1. 배경지식 시냅스는 3,000 개 이상 종류의 단백질이 적절한 위치에 적절한 양 만큼 위치해야 제대로 기능할 수 있는 대단히 복잡한 구조체입니다. 시냅스가 형성되기 위해서...
    Date2020.03.18 By생명과학과 Views1855
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  8. 김성수(바이오이미징&광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    그림1. monSTIM1의 활성화 개념 그림설명(좌), 빛 세기에 대한 세포 내 칼슘 활성도(우) 그림2. 비침습적 광조사를 받고 있는 쥐 (좌), 빛 자극에 따른 칼슘 신호 마커, c-Fos발현 (우) <빛의 민감도를 증가시킨 monSTIM1의 활성화를 통한 ...
    Date2020.02.03 By생명과학과 Views1961
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  9. 서예지 (바이오이미징&광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    <그림. 1> Graphical Abstract: 광유도 TrkB 수용체의 국소활성화를 통한 신경세포의 극성화 <그림. 2> 광유도 TrkB 수용체의 국소활성화에 의한 액틴파 형성 및 축삭 단백질의 축적 1. 배경지식 신경세포는 발달...
    Date2019.12.26 By생명과학과 Views1859
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  10. 유다슬이 (바이오이미징 & 광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    <그림 1> 항체조각과 Optobody 모식도 <그림 2> 광활성화된 항체에 의한 항원의 비활성 및 기능 억제 1. 배경지식 항체는 면역반응의 핵심 물질이며 질병 치료제로도 사용 중에 있습니다. 항체를 직접적인 질병 치료...
    Date2019.12.26 By생명과학과 Views1835
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  11. 김기정 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

    <알데히드-알코올 탈수소효소의 구조 및 기능적 연구 > 1. 배경지식 박테리아에 널리 보존되어 있는 알데히드-알코올 탈수소효소(AdhE)는 발효과정에 관련된 효소이다. 알데히드-알코올 탈수소효소는 두 개의 도메인, 알데히드 탈수소효소와 알코...
    Date2019.10.21 By생명과학과 Views2229
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  12. 신왕용 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     < NMDAR 활성을 통한 NGL-3 돌연변이 생쥐의 비정상적 행동과 전기생리학적 특징 회복 > 1. 배경지식 시냅스는 신경계의 가장 작으면서도 핵심적이고 기능적인 요소로 신경세포 간의 정보전달에 필수적인 구조입니다. 시냅스는 이온통...
    Date2019.06.11 By생명과학과 Views3376
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  13. 장성민 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

    < Cryo Electrom Microscopy (Cryo-EM) 으로 규명한 DOT1L – 유비퀴틴 뉴클레오좀 복합체 구조 > < 정상적인 뉴클레오좀 (파란색, 녹색)과 비교했을 때, DNA가 풀려 사라지고 히스톤 2차 구조가 손실되는 불안정화 현상이 관찰됨 (빨강) > ...
    Date2019.04.19 By생명과학과 Views3364
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  14. 정창욱, 하승민 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     <생후 7~21일 동안 memantine을 투여한 경우 Shank2 결손 생쥐의 사회성이 개선된다.> 1. 배경지식 자폐증은 어린 나이에 발병되는 신경발달장애 중 하나로 전 세계적으로 약 1%의 유병률을 보이며 최근 점점 환자 수가 증가...
    Date2019.04.03 By생명과학과 Views2783
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  15. 박진아 (대사신호전달 연구실, 김세윤 교수님)

    <흥분성 신경세포 특이적 IPMK 녹아웃에 의한 공포기억 소거증진 효과> 1. 배경지식 포유류에게 있어 다가오는 위협에 대응하여, 관련된 사건을 기억하고 적절한 반응을 하는 것은 생존에 매우 중요합니다. 또한 필요 이상으로 과도한 공포를...
    Date2019.03.28 By생명과학과 Views3342
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  16. 이윤정 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

     <그림. MRG15 binding to ASH1L releases the autoinhibitory loop, and activates ASH1L histone methyltransferase activity> 1. 배경지식 DNA는 히스톤 H2A, H2B, H3, H4가 각각 한 쌍씩 8개로 결합해 이루어진 octamer에 감겨, 크로...
    Date2019.03.28 By생명과학과 Views2657
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  17. 김지훈 (바이오이미징 & 광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    <형광단백질을 이용한 실시간 small GTPase 단백질 센서의 개발과 생명연구의 적용 > (a) Schematic of ddFP-based small GTPase sensor. (b) (top) Schematic depiction of KRas (G-KRas) sensor construct. (bottom) Fluorescence images s...
    Date2019.02.07 By생명과학과 Views3452
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  18. 인선아 (진핵세포전사 연구실, 김재훈 교수님)

     <RNF20/40에 의한 열충격유전자 발현 조절 메커니즘> 1. 배경지식 진핵생물에서 DNA는 히스톤 단백질과 함께 ‘뉴클레오좀’이라는 단위로 존재합니다. 히스톤에는 Methylation, Acetylation, Phosphorylation, Ubiquityla...
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  19. 정현진 (바이오이미징 및 광유전학 실험실, 허원도 교수님)

    <광활성 Flp을 개발, 마우스 머리에 LED를 비추어 유전자 발현을 조절함> 1. 배경지식 유전자 기능 연구를 수행하는데 있어 가장 일반적인 방법인 유전자 변형 실험모델을 만드는 것은 많은 시간, 비용, 노력 등이 소요됩니...
    Date2019.01.24 By생명과학과 Views2923
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  20. 유병준 (바이오나노의약 연구실, 전상용 교수님)

    < 펩타이드-항체 복합체 구성 및 항암 작용기작 > 1. 배경지식 펩타이드의약품이란, 약 40여개 이하의 아미노산으로 이루어진 물질로 주로 화학적인 합성을 통해서 생산하는 의약품을 말합니다. 펩타이드의약품은 질병 관련 표적에 ...
    Date2019.01.09 By생명과학과 Views3515
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