[대학저널 임승미 기자] GIST(총장 문승현) 생명과학부 김도형·김영준 교수팀이 미국 캘리포니아주립대학 리버사이드(UCR)의 마이클 애덤스(Michael E. Adams) 교수팀과 공동연구를 통해 곤충의 탈피 과정 중 호흡기관에 공기를 채우는 과정을 카이닌(Kinin)호르몬(짧은 아미노산 구조인 펩티드성 신경호르몬의 일종)이 조절한다는 사실을 밝혀냈다.
곤충의 호흡기는 인간의 폐와 유사해 산소를 조직까지 운반하는 기능을 한다. 하지만 인간은 아기가 태어날 때 폐 안의 분비물이 배출되고 공기가 차는 과정을 한 번 거치는 반면, 곤충은 탈피과정마다 새로운 호흡기관이 형성되고 그 안에 공기가 차는 과정을 거친다.
곤충의 탈피과정은 탈피행동유도호르몬(ETH)으로 시작한다. 이번 연구를 통해 ETH에 반응한 뇌신경이 카이닌(Kinin)이라는 신경호르몬을 분비해 새로 형성된 호흡기관에 존재하는 체액을 흡수, 그에 따라 공기가 유입되는 과정을 조절한다는 것이 밝혀진 것이다. 카이닌에 문제가 생길 경우 체액이 흡수되지 못해 대부분의 곤충은 호흡곤란으로 죽었다.
연구팀은 뇌에서 분비되는 호르몬인 카이닌(Kinin)이 혈액을 통해 호흡기관에 도달하며 카이닌수용체를 가지고 있는 호흡기조직세포가 활성화된다는 사실을 칼슘이미징(Ca2+ imaging) 기술을 이용해 증명했다. 카이닌의 농도가 증가할수록 호흡기조직 세포가 더 빠르게 활성화된 것이다.
또한 연구팀은 카이닌이 곤충호흡기에 작용하는 과정에서 나트륨채널(ENaC: Epithelial Na channel)이 중요한 역할을 하는 것을 밝혀냈다. 이 채널은 인간의 폐에서도 체액제거에 동일하게 작용한다. 이러한 발견은 카이닌이 인간의 폐에 물이 차는 증상인 폐부종이나 신생아의 호흡문제 등을 해결하는 신약개발에 활용될 가능성을 가지고 있음을 보여준다.
김도형 연구 교수는 "이번 연구는 곤충들도 인간과 유사한 원리로 호흡기 질환을 가질 수 있으며 그 과정에 카이닌호르몬이 핵심적인 역할을 한다는 것을 처음으로 밝힌 것"이라며 "질식현상을 이용한 새로운 해충방제 뿐만 아니라 인간의 호흡기연구에도 모델로 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
한편 이 연구는 김도형 연구 교수 주도로 김영준 교수(공동저자)와 마이클 애덤스(Michael E. Adams) 교수(교신저자)가 참여해 수행됐다. 한국연구재단이 지원하는 학문후속세대양성사업(리서치펠로우), GIST의 재원인 GIST 리서치펠로우사업, 창조적도전과제사업, 한국초파리 연구자원 은행(Korea Drosophila Resource Center, KDRC)의 지원을 받았다. 연구 성과는 자연과학 분야 세계적 권위지인 미국국립과학원회보(PNAS) 1월 31일자 온라인판에 게재됐다.
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