‘생체시계 작동원리’ 수학으로 풀었다

김재경 카이스트 연구팀 ‘생물학 난제’ 세계 첫 규명

카이스트(KAIST) 김재경(수리과학·사진) 교수 연구팀이 인체 내 생체시계 작동과정에 미분방정식을 이용한 수학 모델링을 적용, 온도가 변해도 생체시계 속도가 일정하게 유지되는 원리를 밝혀냈다. 이번 연구 성과는 생체시계의 성질이 1954년 처음 발견된 후 수수께끼로 남아 있던 작동원리를 60여년 만에 밝혀냈다는 데 의미가 있다.

김 교수팀의 연구 결과는 최근 미국 듀크·싱가포르국립의대 데이비드 벌십 교수팀의 실험으로 검증됐으며 국제학술지 ‘분자세포(Mol ecular Cell)’ 10월 1일자에 게재됐다.

5일 김 교수팀에 따르면 뇌에 있는 생체시계는 오후 9시쯤 멜라토닌 분비가 시작되게 하고 오전 7시쯤 멈추게 한다. 이 때문에 사람들은 매일 비교적 일정한 시간에 잠을 자고 일어날 수 있다. 생체시계는 온도가 변해도 빨라지거나 느려지지 않고 일정한 속도가 유지된다. 온도가 변해도 생체시계가 일정하게 유지되는 것은 온도가 높아지면 활발해지면서 빨라지고 온도가 낮아지면 느려지는 일반적인 생체현상들과는 다른 것으로, 생체시계 분야의 가장 큰 수수께끼로 남아 있었다.

김 교수는 생체시계의 핵심단백질인 피리어드2(Per2)가 온도에 따라 분해되는 과정을 여러 변수로 구성된 미분방정식을 적용한 수학 모델링으로 분석, 생체시계가 온도변화에도 일정하게 유지되는 원리를 확인했다. 즉 12시간 동안 증가하고 12시간 동안 분해되는 리듬을 평생 반복하는 Per2 단백질이 온도 변화에 따라 두 가지 방법으로 분해되며, 이 두 가지 방법의 비율을 조절하는 인산화 스위치가 Per2에 있다는 것이다. 인산화 스위치는 온도가 올라가면 Per2 단백질이 빠르게 분해되는 경로와 느리게 분해되는 경로가 있는 생체시계의 두 가지 경로 비율을 조절하게 된다.

김 교수는 “생체시계 속도를 조절할 수 있는 인산화 스위치를 통제하는 약을 개발하면 잦은 해외출장으로 인한 시차, 주야 교대 등에 의한 생체시계 고장을 예방하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

대전=임정재 기자 jjim61@segye.com

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