대부분의 사람이 밤에 졸음을 느끼는 이유는 수면을 조절하는 호르몬 멜라토닌이 밤에 많이 분비되기 때문이다. 멜라토닌이 밤에만 분비되는 것은 인체 내에 ‘밤’을 인식해 자동으로 활성화되는 일주기 리듬 단백질들의 합성 때문이라는 연구결과가 나왔다.

생명과학과 김경태 교수와 김태돈 박사 연구팀은 수면과 일주기 리듬을 조절하는 멜라토닌의 합성을 좌우하는 타이머 단백질 ‘AANAT(Arylalkylamine N-acetyltransferase)’의 발현 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.
멜라토닌이 수면조절, 우울증이나 불면증과 깊은 연관이 있다는 사실은 잘 알려져 있지만, 멜라토닌이 밤에 많이 합성되고 분비되는 분자적 메커니즘이 명확하게 규명된 것은 이번이 처음이다. 이 연구결과는 발생학 및 분자생물학 분야의 권위지 ‘Genes and Development’ 지난 1일자에 게재되었다.

연구팀에 따르면 낮과 밤의 명암길이, 계절의 일조시간 변화 등 빛의 변화를 감지하는 역할을 하는 뇌의 송과선(松科腺)에서 hnRNP Q라는 단백질이 밤이 되면 AANAT 효소 증가의 ‘스위치’ 역할을 해 결과적으로 멜라토닌을 합성케 한다는 것이다.
연구팀은 송과선을 ‘밤’ 상태에 둔 뒤 hnRNP Q를 인위적으로 낮추었을 때 멜라토닌의 합성을 좌우하는 AANAT 효소의 생성과 멜라토닌의 합성이 확연하게 줄어드는 것을 발견함으로써, AANAT 효소의 합성이 멜라토닌의 증가를 유도한다는 메커니즘을 증명해 냈다.

멜라토닌의 합성을 결정짓는 AANAT라는 효소는 mRNA(messenger RNA)의 앞부분에 단백질의 번역을 유도하는 IRES(Internal Ribosome Entry Site) 활성을 가지는 부위가 있으며, 이 부위에 hnRNP Q라는 단백질이 결합해 활성화되면서 AANAT 효소가 증가되고, 이 효소가 증가함에 따라 멜라토닌이 늘어나면서 수면을 유도하게 된다는 것이다.

밤에만 일어나는 AANAT 효소의 합성이 멜라토닌 호르몬의 일주기 리듬을 형성한다는 이 연구결과는 앞으로 이를 이용한 수면 조절 기능성 물질이나 우울증 치료 신약 개발에 활력을 불어넣을 것으로 기대된다.
이 연구는 과학기술부의 뇌신경생물학 사업단과 한국과학재단 특정기초연구개발사업의 지원을 받아 이루어졌다.

<용어설명>
△IRES : hnRNP Q가 결합해서 AANAT 합성을 유도하도록 하는 AANAT mRNA의 일부 염기서열. hnRNP Q가 ‘스위치’라면 IRES는 이 스위치가 켜져서 작동하게끔 하는 곳이다.