생체시계 원리, 60년만에 국내 연구진이 밝혀냈다

'생체시계 원리'

국내 연구진이 생체시계의 원리를 밝혀내 주목받고 있다.

한국과학기술원(KAIST)은 수리과학과 김재경 교수가 미분방정식을 이용한 수학적 모델링을 통해 온도 변화에도 생체시계의 속도를 유지하는 원리를 발견했다고 5일 밝혔다.

우리 뇌에 위치한 생체시계는 밤 9시쯤이 되면 멜라토닌 분비가 시작되게 하고 아침 7시쯤에 멈추게 한다. 그로 인해 우리는 매일 일정한 시간에 잠을 자고 기상할 수 있다.

생체시계는 온도가 변화해도 빨라지거나 느려지지 않고 일정한 속도가 유지된다. 따라서 우리의 체온이 변화해도 규칙적인 삶을 살 수 있고, 이는 환경에 따라 체온이 변하는 변온 동물에게도 적용된다.

이런 생체시계의 성질은 1954년에 발견됐는데 그 원리는 밝혀지지 않아 지난 60여년 동안 생체시계 분야의 가장 큰 미스터리로 남아 있었다.

김 교수는 이번 연구를 통해 생체시계 내에 존재하는 핵심단백질 Period2의 분해가 두 가지 방법으로 발생하는 것을 밝혀냈다.

Period2는 12시간 동안 증가하고 12시간 동안 분해되는 리듬을 평생 반복하는데 하나는 매우 빠른 속도로 나머지 하나는 매우 느린 속도로 분해가 이뤄진다는 것이다.

또 이 과정에 두 가지 방법의 비율을 조절하는 것이 Period2에 존재하는 인산화 스위치(Phosphoryltion switch)라는 것도 발견했다.

인산화 스위치는 온도가 올라갔을 경우 느리게 분해되는 Period2의 양을 늘려 분해 속도를 늦추거나, 온도가 내려갔을 경우 빠르게 분해되는 비율을 늘려 생체시계의 속도를 조절한다는 설명이다.

김 교수는 인산화 스위치를 조절할 수 있는 약이 개발된다면 잦은 해외 출장으로 인한 시차 등에 의한 '생체 시계 고장 예방' 등에 기여할 것으로 보고 있다..

김 교수는 "이번 성과를 통해 우리나라에서 아직은 부족한 생물학과 수학의 교류가 활발해지길 기대한다"며 "수학이 생물학의 난제들을 해결하는데 기여할 수 있음을 알리고 싶다"고 말했다.

이번 연구는 듀크-국립 싱가포르 의과대학 데이빗 벌십(David Virshup) 교수 연구팀, 미국 미시간대학 (University of Michigan, Ann Arbor) 데니 폴저(Daniel Forger) 교수와의 공동연구로 진행됐다.

'생체시계 원리' 사진은 한국과학기술원(KAIST) 수리과학과 김재경 교수. /사진=카이스트