바이오인

심장과 뇌의 연결고리, 광유전학으로 연구하다

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-16

■ 불안, 두려움과 같은 감정은 심장 박동을 빠르게 하는데, 마우스를 대상으로 한 연구에서 그 반대도 사실임을 발견

○ 실험적 연구를 통해 뇌에서 심장으로 신호를 전달하는 많은 경로가 규명 되었으나, 그 반대인 심박수가 감정에 미치는 영향은 거의 1세기 동안 논쟁의 대상이 되어 옴

- 심박수와 같은 신체 기능과 감정을 독립적으로 제어할 수 있는 방법이 없어 연구 추진에 어려움이 있었기 때문

※ 심박수가 감정에 미치는 영향을 평가하기 위해 비특이적 전기 충격, 미주 신경 자극 및 약리학적 접근방법을 사용해 왔지만 부작용 발생 등 연구에 적절치 않아 시간적 및 공간적 해상도를 갖춘 도구가 필요

○ 그런데 최근 빛을 사용하여 세포 활동을 제어하는 광유전학을 통해 과학적 질문에 대한 대답을 찾을 수 있는 접근방안과 연구결과를 제시

- 마우스 심장의 근육세포를 빛에 민감하게 만들기 위해 빛에 민감한 단백질을 암호화하는 유전자를 심장 선택적 바이러스 벡터에 실어 전달

- 또한 비침습적 광학 심박조율기라는 도구를 개발하였는데, 마우스의 몸을 통과하여 심장까지 통과할 수 있는 붉은 빛(빨간색 마이크로 발광 다이오드, micro-LED)을 방출하는 조끼를 디자인

○ 광학 심박조율기를 통해 특정 펄스의 빛을 방출하면 심장 근육이 활성화 되어 심박수가 증가하도록 설계

- 조끼에서 내는 붉은 빛은 심장 근육세포에서 ChRmine이라는 빛에 민감한 옵신(opsin) 단백질을 활성화시키고, 양전하를 띤 이온이 통과될 수 있도록 하여 심박수를 증가(빈맥 발생)시켰더니 불안 관련 행동이 증가하였고, 뇌의 후부 섬엽(posterior insula)이 활성화되는 것을 관찰

- 그런 다음 청색광에 민감한 옵신 단백질인 iC++를 통해 음전하의 이온을 통과시켜 후방 섬엽을 비활성화 하였더니 불안이 억제되는 것을 확인

- 연구팀은 심박수를 광학적으로 증가시키면서 동시에 청색 레이저를 사용하여 iC++를 활성화했더니 빈맥에 의해 유발되는 불안이 방지되는 것을 확인

...................(계속)

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