미국 존스 홉킨스 대학 (Johns Hopkins)의 연구팀은 실험쥐를 대상으로 한 연구에서 특정한 일군의 신경세포가 통증이 아닌 가려움의 신호를 보낸다는 사실을 밝혀냈다. 이번 발견은 수십 년 동안 가려움에 대한 감각을 둘러싼 논쟁을 종식시킬 수 있을 것이다. 만일 이러한 현상이 인간에서도 확인된다면 생명을 구할 수 있는 약물에 의해서 발생하는 가려움증을 포함한 만성 가려움증의 치료법을 개발할 수 있을 것이다.
이번 발견의 주요 핵심은 피부로부터 정보를 얻는 말단부를 갖고 있는 감각신경세포의 한 형태가 자극에 대한 반응을 조정하는 역할을 하는 척추의 다른 신경세포로 신호를 전달하게 된다는 사실이다. 이번 연구결과는 학술지 ‘Nature Neuroscience’지에 발표되었으며 이번 연구에서 가려움에 특화된 신경세포는 통증을 유도하는 자극을 받을 때에도 이 신경세포가 전달하는 메시지는 ‘아프다! 가 아니라 ‘가렵다’라는 것이다.
통증과 가려움은 조직이 생존하는데 있어서 중요한 감각이다. 통증은 조직이 손상을 입는 것을 막기 위해서 고통을 받는 신체 부분을 제거하도록 하기 때문에 좀 더 중요하다고 알려졌다. 하지만 가려움은 알레르기 반응과 같은 자극물의 출현에 대한 경고를 하기도 한다. 하지만 존스 홉킨스 대학의 기초생명과학연구소의 신경과학교수이면서 하워드 휴즈의 젊은 과학자인 신종 동 (Xinzhong Dong)은 “이러한 감각이 몇 주나 몇 달 동안 지속되는 경우에는 더 이상 도움이 되지 않게 된다. 생명을 구하는 약을 복용하는 환자는 이 지속되는 가려움증을 막기 위해서 약물복용을 중단해야 한다”고 말했다. 그는 이어서 “때로는 이 만성 통증을 억제하기 위해서 모르핀을 사용하기도 하며 이를 통해서 만성 가려움증의 발생을 끝내기도 한다. 그래서 이 두 가지 감각은 어느 정도 연결되어 있으며 이번 연구는 이러한 관계를 풀어내고 있다”고 말했다.
신경세포는 전선으로 이어진 것처럼 전류를 흘려 메시지를 보내기 때문에 과학자들은 미세한 모니터를 통해 개별 신경세포의 자극순간을 발견할 수 있다. 통증과 가려움에 대한 과학적인 논쟁은 고추에 들어있는 강력한 입자인 캡사이신 (capsaicin) 입자와 같은 고통스러운 자극물에 대한 전기적인 반응에 반응하는 일군의 신경세포들에 집중되어 왔다. 이들 신경세포의 적은 하부그룹도 또한 가려움 자극에 대해서 전기적인 반응을 보인다. 그 이유는 이들이 히스타민 (histamine)과 같은 입자에 대한 표면 수용체에 있기 때문이다. 이들 가려움 수용체 중에 하나인 MrgA3는 항말라리아제인 클로로퀸 (chloroquine)에 결합하여 심각한 가려움증을 일으킨다.
감각신경과학자들은 이들 가려움 수용체를 갖고 있는 신경과 통증 수용체를 갖고 있는 신경이 실제로 뇌에 두 가지 형태의 메시지를 보내는지 아니면 단순히 가려운 메시지를 보내는지에 대해서 알지 못했다. 이번 연구를 통해서 가려움 수용체 MrgA3 수용체를 갖고 있는 신경에서 통증과 가려움의 자극에 대해서 뇌에게 모두 가려움으로 해석하는 전기적인 신호를 보낸다는 사실을 발견했다. 이러한 결론에 이르기 위해서 연구자들은 처음에 실험쥐를 대상으로 현미경을 통해서 세포를 볼 수 있도록 MrgA3세포에 형광색의 단백질을 넣는 유전자 조작실험을 했다. 이러한 형광색을 통해서 연구자들은 미세한 전기모니터를 통해서 신경세포가 각기 다른 자극에 대해서 반응하는 것을 볼 수 있었다. 이 세포들은 실험쥐가 클로로퀸과 히스타민에 의해 유도되는 가려움뿐 아니라 캡사이신과 뜨거움과 같은 통증유도 자극에 노출될 때 전기신호를 전달한다. 이 연구결과를 통해서 연구자들은 이 세포가 통증과 가려움 신호를 보낸다는 결론을 내리게 되었다.
그 다음 실험에서, 과학자들은 각기 다른 자극에 대한 실험쥐의 행동반응을 조사했다. 예상대로 정상적인 실험쥐의 고리를 뜨거운 물에 담갔을 때, 이 실험쥐는 빨리 위축되었다. 그리고 전상적인 실험쥐에 약간의 클로로퀸과 히스타민을 주입했을 때 자신의 다리를 강하게 긁었다. 그리고 MrgA3 세포가 통증과 가려움에서 어떤 역할을 하는지를 조사하기 위해서 과학자들은 선택적으로 성체 실험쥐의 MrgA3 신경세포를 죽이고 나머지를 반응에 노출시켰다. MrgA3 세포는 모든 통증을 감지하는 신경세포의 미세한 부분이기 때문에 실험쥐는 뜨거운 물과 같은 통증자극에 대해서 반응을 했다. 하지만 가려운 자극물에 노출시켰을 때 실험쥐가 긁는 반응은 그 자극물에 따라 다양하게 줄어들었다. 가장 강력하게 반응이 줄어든 것은 클로로퀸이었다. 일부 자극물은 아직도 가려움에 대해서 긁는 반응을 보인다는 것에 대해서 과학자들은 MrgA3 세포가 신체에서 가려움에 대응하는 유일한 세포가 아니라고 추측했다. 동은 “우리는 MrgA3 세포가 가려움의 감각의 대부분에 영향을 준다고 생각하고 있다. 하지만 MrgA3 세포가 통증 정보를 전달하는지에 대해서는 확신할 수 없다”고 말했다.
그리고 최종실험에서 과학자들은 캡사이신에 대해서 유일하게 MrgA3 세포만이 반응할 수 있도록 유전자 조작을 수행했다. 이 캡사이신을 실험쥐의 뺨에 주입했을 때 정상적인 실험쥐는 자신의 앞발로 뜨거운 감각을 완화시키기 위해서 마사지를 했다. 그리고 유전자조작을 수행한 실험쥐에게 이 입자를 주입했을 때, 이 실험쥐들은 뒷발로 자신의 뺨을 강하게 긁는 행위를 보였다. 이를 통해서 정상적인 통증 자극은 뇌에 MrgA3 세포를 통해서 가려운 감각으로 전달된다는 것을 알게 되었다. 동은 “이제 우리는 통증 감각과 가려운 감각을 해결할 수 있게 되었으며 만성 가려움증에 대해서 특정한 신경세포를 표적으로 하는 약물을 개발할 수 있게 되었다. 우리는 이번 연구가 가려움에 대한 완화뿐 아니라 약물복용에 대한 믿음을 증가시켜서 치명적인 말라리아나 암 약물에 대한 우려를 줄일 수 있기를 바란다”고 말했다. 이번 연구는 국립 신경질환 및 뇌졸중 연구소 (National Institute of Neurological Disorders and Stroke)와 국립 일반의과학 연구소 (National Institute of General Medical Sciences) 그리고 하워드 휴즈 의학연구소 (Howard Hughes Medical Institute)의 지원을 받아 이루어졌다.
출처: ‘사이언스 데일리’ 2013년 1월 3일
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/01/130102104548.htm 연도: 2013-01-04
제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2013.01.21 19:36
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