알코올의 만취효과는 모든 사람들에게 비슷하게 나타난다. 하지만 뇌활동에 미치는 알코올 분자의 세부사항은 아직도 확실하게 알려지지 않고 있다. 미국 설크 생물과학 연구소 (Salk Institute for Biological Studies)의 연구자들이 수행한 새로운 연구는 어떻게 알코올이 뇌세포의 활동을 변화시키는가를 자세하게 알 수 있게 하고 있다. 학술지인 <Nature Neuroscience>지에 발표된 이번 발견은 알코올이 변화를 일으키는 물리적으로 이온채널 단백질 안에서 시작된다는 것을 보여주었다. 이번 연구결과는 알코올중독이나 약물중독 그리고 간질을 치료하기 위한 새로운 방법을 개발할 수 있는 가능성이 높아졌다.

취하게 만드는 음료에서 알코올인 에탄올은 뇌세포의 통신관계를 변화시키는 것으로 알려지고 있다. 이번 연구를 이끈 설크 연구소의 펩티드 생물학 실험실의 교수인 폴 슬레진저 (Paul A Slesinger) 박사는 “이온 채널 단백질과 직접 상호작용함으로써 에탄올이 작동하는 여러 가지 관점 중에서 하나지만 시각화를 통해 연구할 수 있는 방법이 없었다”고 말했다. 슬레진저와 그의 연구팀은 현재 채널 단백질 안에서 존재하는 특정한 구석진 위치와 알코올이 직접적인 상호작용을 한다는 사실을 보여주었다. 이 이온 채널은 약물의 오용이나 발작과 연관된 몇 가지 뇌기능에 대한 역할을 하고 있다.

슬레진저와 그의 연구팀이 이전에 수행한 연구에서 <GIRK 채널>이라고 불리는 이온 채널의 신경기능에 집중했다. <G-단백질-활성 교정 포타슘 채널 (G-protein-activated inwardly rectifying potassium channels)>의 약자인 <GIRK 채널>은 뉴런과 줄어든 신호 사이의 화학적 통신기간 동안 열리고 전기 쇼트와 같은 채널이 형성된다. 이번 연구의 제 1저자이며 캘리포니아 주립대학 샌디에고 (UCSD)의 대학원생인 프라풀라 아얄 (Prafulla Aryal)은 “신경전달물질의 활성에 반응한 GIRK가 열릴 때 포타슘 이온은 뉴런에서 흘러나오게 되고 뉴런의 활성이 줄어들게 된다”고 말했다. 알코올은 이전에 GIRK 채널을 열도록 하는 기능을 한다는 사실이 알려졌지만 이것이 직접적인 결과인지 아니면 세포의 다른 분자상 변화의 부산물인지 여부를 알 수 없었다.

물리적인 알코올-결합 지점을 알아냄으로써 GIRK채널 활성의 중요성은 알코올과 연관된 질병을 치료하는데 있어서 새로운 전략을 보여줄 수 있다. 이 단백질 구조를 이용하여 알코올에 대한 의존성을 치료하는 새로운 약물을 개발할 수 있을 것이다. 대안적으로 슬레진저는 “만일 우리가 알코올 결합지점에 알맞은 새로운 약물을 발견하고 GIRK 채널을 활성화할 수 있다면 전체적인 뇌에서 전체적인 신경흥분을 줄이고 간질을 치료하는 새로운 방법을 찾을 수 있게 될 것이다”고 말했다. 간질은 일시적이고 비정상적인 전기적 활동으로 인해 발생하는 미국인 300만 명이 앓고 있는 신경질환이다. 현재 약물은 심각한 부작용을 보이고 있으며 전세계적으로 새롭고 특화된 치료 메커니즘을 찾기 위한 연구가 진행 중이다.

알코올이 어떻게 작동하는가에 대한 연구를 위해 슬레진저와 아얄은 설크 연구소의 구조생물학 실험실의 교수인 선연 최 (Senyon Choe)와 이 실험실의 박사후 연구원인 헤이 드비어 (Hay Dvir)와 함께 연구팀을 이루어 고화질의 포타슘 채널의 3차원 구조에서 발견되는 미세한 주머니가 GIRK 채널에서 알코올 활동지역인지 여부를 조사했다. 설크 연구팀은 이 알코올이 결합하는 지점이 두 개의 다른 알코올 결합 단백질인 신체에서 알코올을 분해하는 효소인 알코올 탈수소효소 (alcohol dehydrogenase)와 알코올을 인지하는 과실파리 단백질인 LUSH에서 나타나는 알코올 지점의 유사성을 보여주었다. 아얄이 잠재적인 알코올 결합지점에 알코올 분자의 접근을 막는 아미노 산 대체물을 대칭적으로 결합시킬 때 알코올은 이 채널에서 더 이상 효과를 보이지 않았으며 이것은 알코올에 대한 중요한 규제지점을 찾았다는 것을 확인시켜 주었다. 이 연구팀은 이 지점이 G-단백질 활성이 변화했기 때문에 채널 활성을 일으킨다는 것을 보여주었다. 아얄은 “우리는 알코올이 GIRK채널의 본질적인 활성 메커니즘을 강탈하고 채널이 열리도록 안정화시킨다고 믿고 있다. 알코올은 이 채널의 활성기어에 윤활제로서 역할을 한다”고 말했다.

출처: <Science Daily> 2009년 6월 28일
참고자료: Aryal, P. et al (2009) ‘A discrete alcohol pocket involved in GIRK channel activation’ Nature Neuroscience (28 June 2009) doi:10.1038/nn.2358

http://www.sciencedaily.com/releases/2009/06/090628171951.htm