신경 쓰이는 잡다한 이야기

머리카락 한 가닥을 잡아당겼을 때 '앗 따거!' 하게 해주는 뉴런이 발견되었다고 한다.(...)

(출처: Neuroscience News)

NIH 연구자들은 머리카랑 하나를 잡아당기는 미세한 자극에도 반응하는 종류의 감각뉴런을 찾아내었다. 이러한 여러 종류의 감각반응의 메커니즘을 이해함으로써 통증 치료에 대한 새로운 접근법을 제대로 찾아내기 위한 첫걸음이 될 수 있다. 이 발견은 2017년 8월 16일 Neuron 저널에 발표되었다.

이 연구의 대표저자이며 미국 국립 보완 및 통합 보건 연구소(NCCIH)의 책임연구원인 Alexander Chesler는 "과학자들은 서로 다른 외부 자극, 즉 촉각, 열, 냉각, 압박, 그리고 진동 등의 감각을 감지하는 종류의 뉴런들의 종류를 알고 있다. 그러나 지금까지 많이 알려져 있는 것들은 온도나 촉각에 관련된 것들이며, 반면 특정한 자세나 활동에 연관된 해부학적 통증(anatomical pain)과 같은 기계적 통증(mechanical pain)에 대해서는 알려진 바가 별로 없다"고 이 연구의 의의에 대해 설명했다.

이 연구에서, Chesler와 동료들은 신경 활동을 측정하는 functional imaging, 뇌의 전기적 활동 기록, 그리고 유전학적 방법을 함께 사용하여 뉴런들이 여러 종류의 자극에 어떻게 반응하는지 알아보았다. 연구진은 통증 연구에서 오랫동안 연구되어 왔던 Calca라는 유전자가 발현되는 종류의 감각뉴런을 주목했다.

연구진은 마우스의 뺨 부분에 여러 가지 자극을 주었는데, 바람, 타격, 빗질 등의 기계적 자극, 털뽑기나 꼬집기(...) 등 "높은 역치의" 기계적 자극, 그리고 온도에 의한 자극 등을 주었다고 한다. 이로써 발견한 것은, 대상 뉴런은 크게 두 종류에 속하는데, 모두 경미한 자극에는 둔감하였다. 첫 번째 종류는 잘 알려진 통증섬유(다형성 통증수용체)로, 열이나 꼬집기 등의 강한 자극에 반응한다. 다른 하나는 이전까지 알려진 적이 없는 특이한 뉴런인데, 이 뉴런은 털뽑기에만 강하게 반응한다.(...) 연구진은 이 고역치 기계감각 수용체(HTMR; high-threshold mechanoreceptor)를 피부에 독특하게 배치돼 있는 신경말단의 모습에 착안하여 "circ-HTMR"라고 명명했다. 이 신경의 관찰된 모습은 섬유 말단의 모습이 모공 기저부를 둘러싼 올가미 모양이다.

연구진은 이 circ-HTMR에 대해 좀더 알아 보고자 추가적인 실험을 하였으며, 마우스에 대한 광유전학(optogenetics)에 의한 직접적 활성화 만으로도 (광유전학적 활성화를 유발하는)청색광 자극과 연결된 공간을 회피하는 등의 방어적 행동을 유발할 수 있었다.

Chesler가 설명하기를, "이들 뉴런의 한 가지 흥미로운 성질이, 조직화된 수용 범위가 꽤 큼에도 불구하고 털 한 가닥만을 잡아당겨도 반응할 수 있다는 점이다. 이 뉴런들의 전기적 성질 또한 일반적인 통증신경보다 훨씬 빨리 반응하고 털이 잡아당겨지는 동안 계속 발화하는 특징을 갖고 있다"고 한다.

NCCIH 원장 Josephine Briggs는 "이 발견으로써 몸감각계가 어떤 식으로 통증 자극을 처리하는지에 대한 통찰을 더해 주었다. circ-HTMR 뉴런의 고유한 성질에 대한 추가적 연구로써 물리적 통증에 의해 활성화되는 뇌 부위를 신속-정확하게 알아내는 데 유용할 수 있으며, 궁극적으로는 통증 치료에 대한 합리적 접근법을 설계하는 데 도움이 될 수도 있다"고 밝혔다.

논문:

“Specialized Mechanosensory Nociceptors Mediating Rapid Responses to Hair Pull” by Nima Ghitani, Arnab Barik, Marcin Szczot, James H. Thompson, Chia Li, Claire E. Le Pichon, Michael J. Krashes, and Alexander T. Cheslery in Neuron. Published online August 16 2017 doi:10.1016/j.neuron.2017.07.024

김상환(사회) : 오세정 선생님 말씀에 이어서 지금부터는 질문과 토론 시간, 한 시간 정도의 여유를 가지고 질문과 토론 시간을 갖도록 하겠습니다. 시작하기 전에 지정 토론자로 모신 두 선생님을 소개해드리겠습니다. 먼저 홍성욱 교수님 올라와 계신데요. 서울대학교를 졸업하시고 동 대학원에서 과학사 및 과학철학 협동과정에서 박사학위를 하셨습니다. 현재는 서울대학교 생명과학부 교수를 맡고 계십니다. 그 옆에는 정하웅 선생님 올라와 계십니다. 서울대학교 물리학과를 졸업하시고 대학원에서 석사, 박사를 다 이수하셨는데요. 현재는 한국과학기술원 물리학과 KAIST-지정석좌교수님으로 계십니다. ‘복잡계 네트워크’라는 새로운 연구 분야를 개척하시는 젊은 과학자이십니다.

홍성욱 : 우리나라에 지난 몇 년 동안 기초과학에 대한 지원이 퍼센티지로 봤을 때 상당히 증가를 했습니다. 그 중에 상당부분은 기초과학 그 자체에 대한 지원이기보다는 기초연구에 원천연구라는 것을 더해서 그 둘을 기초과학에 대한 지원의 카테고리로 묶어버린 측면이 있습니다. 원천연구의 상당 부분은 그 전에 응용연구라고 분류가 되던 그런 부분을 가지고 온 겁니다. 퍼센티지로는, 예를 들어서 30%에서 50% 정도 증가를 했는데, 실질적인 내용상의 증가는 없습니다. 숫자놀음 비슷한 상태였고요. 문제 중의 하나는 리서치는 리서치대로, 개발연구는 개발연구대로 그냥 둘 수만은 없는 상황입니다.

정하웅 : 저는 아주 그냥 쉬운, 그러니까 일반인들이 생각하는 그리고 오늘 주제가 과학과 문화인데 과학에 대해서만 너무 치중된 것 같아서 문화에 대한 얘기를 조금 더 드리려고 합니다. ‘열린연단 : 문화의 안과 밖’ 홈페이지 가보시면 알겠지만 이 열린연단의 목적이 우리 문화를 체계적으로 조망하고 토론한다라고 되어있습니다. 문화의 정의는 학문, 문화, 예술, 여론 등을 포함하는 상황의 전체적인 지표라고 되어있습니다. 그래서 이러한 주제에 대한 객관적이고 엄밀한 검토를 하려고 한다라고 하는 게 주제입니다. 정의를 해야겠는데 제 짧은 지식으로 정의를 하는 건 아닌 거 같아서 그리고 문과 분들의 특성을 따르기 위해서 여기 문과 분들이 많이 계시니까요. 문과 분들의 방식을 따라보겠습니다.

원문: "Early Humans Became More Feminine, Which Led to the Birth of Culture"

요약: "문화"의 발달은 Homo sapiens 의 출현으로 인해 인류의 조상종보다 가녀리고 섬세한 인류가 출현함으로써 시작될 수 있었으며, 이는 대체로 세대를 거듭하면서 self-domestication 및 성선택에 의해 공격성의 원인이 되는 테스토스테론 수치가 낮아졌기 때문인 것으로 생각된다는 이야기.

"In most primates the physically strongest male tends to dominate, but in early humans the smartest or the most creative males may have come to the forefront." (대부분의 영장류에서는 육체적으로 가장 강한 수컷이 지배적 위치를 점하는 경향이 있으나, 초기 인류의 경우는 가장 영리하거나 가장 창조적인 수컷들이 전면에 나섰던 것으로 보인다.)

이 이야기는 콩고의 강 양쪽에 거의 같은 환경 속에서 살고 있는 침팬지 vs 보노보 사이의 비교 연구로써 뒷받침된다. 침팬지는 sexual dimorphism 이 매우 크다. (암컷보다 수컷의 덩치가 매우 크며 공격성도 강한데, 이는 체내 테스토스테론의 농도가 높음에 기인한다.)

타 종족과의 생존경쟁이 덜한 보노보의 경우는 콩고의 강 맞은편에서 고릴라와 생존경쟁을 벌여야 하는 침팬지와 달리 폭력성이 강한 수컷을 벌하고 생식으로부터 배제하는 self-domestication으로써 공격성이 줄어든 것으로 보이며, 이는 초기의 원시 인류에서도 같은 과정을 거쳤으리라 생각되고 있다. (Richard Wrangham, Harvard University)

또한 이러한 'feminitization'에 의한 수컷 공격성의 감소는 성평등을 향한 경향성에도 기여를 한다. 이러한 친밀성은 수렵-채집 사회에서 혈연관계가 없는 이들끼리의 밀접한 사회적 교류와 이로 인한 유전적 다양성을 촉발하여 진화적 유리함을 가져온 것으로 보인다.

“sex equality suggests a scenario where unique human traits, such as cooperation with unrelated individuals, could have emerged in our evolutionary past.” (성평등은, 예를 들어 혈연관계가 없는 개인들과의 협력과 같은, 인간의 독특한 형질이 과거에 진화적으로 어떤 식으로 나타나게 되었는지 그 시나리오를 예측케 한다.)
- Andrea Migliano

다만, 농경사회의 시작은 남성들로 하여금 여러 명의 아내와 자식을 둘 수 있을만한 재화의 축적을 가능케 했기 때문에 남녀간 성적 불평등이 재래하는 결과를 초래하였다. 이는 농경사회 이후의 인류 두개골의 구조가 그 이전 또는 현대의 인류 두개골에 비해 더 원시적인 남성적 모습에 가까워졌음을 보면 예측 가능하다.

결국 인류는 지나치게 폭력적인 개인들을 배제하는 'proactive violence'로써 집단의 생존과 다양성에 해가 되는 'reactive violence'를 줄여왔음을 알 수 있다. 이러한 과정들은, 수천년간에 걸친 여성에 의한 성선택과 더불어, 남성의 테스토스테론 수치를 낮추어 보다 '여성적인(feminine)' 방향으로 진화되었고, 이는 과거에 비해 성평등적인 사회와 더불어 "문화"의 시작을 가져왔다고 할 수 있다.

암수의 성행동 형성 및 유지에 관여하는 Dmnt 효소

원문: Female Brain Maintained by Methylation - The Scientist, 3/30/2015

암수의 성적 행동이 어떻게 구분되는가에 대한 연구를 소개하고자 한다. 뇌의 시각전구역preoptic area (POA) 부분에 수컷의 성적 행동에 관련된 유전자가 메틸화methylation 에 의해 억제되면 암컷의 성적 행동을 유발한다는 이야기. 2015년 3월 30일자 Nature Neuroscience 에 실린 내용을 The Scientist 지에서 리뷰한 기사다.

설치류의 경우 뇌의 암수 차이가 태아 발생 끝무렵부터 생후 1주일까지의 기간 동안 형성되는데, 수컷의 경우 정소의 남성 호르몬이 남성성 형성을 주도한다. 반면 암컷의 경우는 난소의 여성 호르몬 분비 없이도 여성성 형성이 이루어지기에 호르몬의 영향 없이 여성성이 디폴트인 것으로 알려져 왔으나, 그 "디폴트"의 뇌형성 과정이 어떻게 이루어지는지에 대해서는 밝혀진 바가 별로 없다고 한다.

이 논문에서 이야기하는 것은, 남성 호르몬이 없을 경우 뇌는 디폴트로 여성화feminization가 이루어지지만 발생 과정에서 DNA 메틸화DNA methylation에 의해 그 여성화가 "유지"되어야 한다는 것이다.

구체적인 결과로 말하자면, 암컷 rat에게 남성 호르몬을 투여하여 성행동을 변화시키는 것은 출생 후 대략 1주일까지의 "민감성 기간sensitive period" 동안만 효과적인 반면 DNA methyltransferase (Dmnt) 길항제inhibitor 에 의한 성행동의 변화는 그 시기 이후의 경우에도 암컷에게 수컷의 성행동을 유발시킨다.

전체 지놈 RNA 시퀀싱whole-genome RNA-seq 결과로도, 단지 RNA 발현량의 차이 이외에도 암컷 및 수컷에 각각 특정적인 접합 변형splice variant들, 그리고 촉진인자 사용promoter usage 등에서 성별 차이가 크다는 것을 보여주고 있다. 즉, 단지 유전자 발현량의 차이 뿐 아니라 이후의 전사 후 수정post-transcriptional modification 수준에서 성별차이가 커지는 것이다.

"In summary, the proximate mechanism by which females maintain control over neural gene expression clearly involves differential DNA methylation, both for preventing masculinization and allowing feminization, ultimately enabling the development of sex differences in the brain."

논문:
Nugent, B. M. et al. Brain feminization requires active repression of masculinization via DNA methylation. Nat Neurosci 18, 690-697 (2015).