지난 연재에서는 우주/무부하 상태에서 발생하는 근위축과 근력 감소의 실체를 액틴-미오신필라멘트의 구조 변형 관점에서 살펴보았습니다. 전자현미경 사진 분석을 통해 액틴필라멘트의 손상과 분해가 미오신필라멘트보다 상대적으로 심각하고 이것이 활주운동을 저해하여 근력을 감소시키는 것으로 해석되었습니다. 

 

이번 글에서는 무부하-고부하와 같은 외부 상황 변화가 근세포에 물리적 신호로 작용하여 근위축-근비대를 일으키는 분자 기전에 대해 살펴보겠습니다. 이 내용도 대단히 복잡하므로 가급적 핵심 부분만 요약하고자 하며, 보다 자세한 정보는 전문 서적과 연구 논문들을 참고하기를 권합니다.[1-7] 본 연재물이 우주-의생명과학에 초점을 두고 있으므로, 여기서는 우주 여행 중 피할 수 없는 근위축을 중점으로 다루되, 운동과 같은 고부하 상황에서 근위축을 억제하는 방안과 비교하며 설명해 보겠습니다.

 

근질량은 근단백질 합성과 분해의 조절 기능으로 결정됩니다. 무부하 상태에서는 잉여 단백질들이 있게 되고 이들의 분해가 촉진되면서 근위축이 발생하게 되는 것이지요. 근단백질 분해는 다음의 기전들로 설명되고 있습니다[4,5]:

(1) Lysosomal protease의 활성화, (2) Caspase 경로 및 calpain의 활성화, 그리고 (3) FoxO - ubiquitin E3 ligase - proteasome 경로. 이중 근단백질 분해를 일으키는 가장 강력한 기전으로 FoxO – E3 ligase - proteasome 경로에 대해 보다 자세히 알아 보겠습니다 (그림 1). 

 

전사인자 forkhead box O(FoxO는 (1) 세포 주기, 에너지 대사, 근질량 등을 조절하는 역할을 합니다. (2) 특히 핵 내에서 표적 유전자의 forkhead binding element(FBE)에 작용하여 atrogin-1이나 muRF1과 같은 ubiquitin E3 ligase 발현을 증가시키는 역할을 합니다 (그림 1A). 이 ligase들은 불필요하거나 손상된 단백질들에 결합하여 protea...