2021년 노벨 생리의학상 수상 기념 [인포그래픽]
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2021년 노벨 생리의학상 수상 기념 [인포그래픽]
2021년 노벨 생리의학상 수상자는 누구인가요?
2021년 노벨 생리의학상은 촉각과 온도 감각에 필수적인 이온 채널을 각각 발견한 아뎀 파타푸티안 박사와 데이비드 줄리어스 박사에게 공동 수여되었습니다.
BioRender 팀은 이 두 가지 노벨상 수상 발견 소식을 접하고 매우 기뻤으며, 이를 기념하기 위해 각각에 대한 포괄적인 인포그래픽을 제작했습니다! 아래의 무료 편집 가능 인포그래픽 을 확인해 보세요. 인포그래픽 제작에 협력해 주신 아뎀 파타푸티안 박사님과 연구실에 특별한 감사를 전합니다!
아뎀 파타푸티안 박사의 기계적 자극 감지 PIEZO 채널 발견
촉각 감각의 핵심: PIEZO 채널
아뎀 파타푸티안 박사는 누구인가요?
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아뎀 파타푸티안 박사(PhD)는 스크립스 연구소(Scripps Research)의 하워드 휴즈 의학 연구소 연구원입니다. 그는 2021년 노벨 생리의학상을 공동 수상했습니다.
그의 연구는 체성 감각의 기전, 특히 열과 기계적 스트레스를 감지하는 능력을 담당하는 이온 채널에 초점을 맞추고 있습니다.
PIEZO 채널의 분자 구조
PIEZO1과 PIEZO2는 모두 세 개의 날개가 달린 프로펠러와 같은 구조를 가지고 있습니다. 두 채널 모두 세 개의 동일한 단백질 소단위체가 결합하여 중앙의 막 관통 기공을 형성합니다.
PIEZO 채널: 기계적 자극 감지는 어떻게 이루어지는가?
PIEZO1과 PIEZO2는 모두 기계적 힘에 의해 활성화되는 양이온 채널입니다. 단백질 구조를 바탕으로, PIEZO 채널의 '날개'가 기계적 스트레스를 받으면 레버처럼 평평하게 펴지는 움직임을 보일 것으로 예측되었습니다. 이 움직임이 중앙 기공을 열어 양이온이 세포 내로 유입되도록 합니다.
생리학 및 의학에서 PIEZO 채널의 중요성
발견 이후, PIEZO1과 PIEZO2는 인체 전반에서 중요한 기계적 감각 센서임이 입증되었습니다. 이들은 호흡부터 면역 세포 조절에 이르기까지 많은 중요한 생물학적 기능이 수행되도록 합니다.
폐
• PIEZO2는 호흡기 조직에서 기도 신장 센서 역할을 하며 정상적인 호흡에 필수적입니다.
혈압
• PIEZO1과 PIEZO2는 모두 압력 수용체 역할을 하며 혈압 조절에 필수적인 요소입니다.
혈관 세포
• PIEZO1은 혈관 내 전단 응력을 감지하는 중요한 센서이며 배아 혈관 발달에 필요합니다.
방광
• PIEZO2는 방광 요로상피와 이를 지배하는 감각 신경의 신장을 감지하는 센서입니다.
말라리아
• PIEZO1의 다형성과 돌연변이는 말라리아 증상을 예방하는 효과가 있는 것으로 밝혀졌습니다.
면역 세포
• PIEZO1은 대식세포의 식세포 작용을 조절하여 적혈구 회전율을 촉진합니다.
데이비드 줄리어스 박사의
온도 감지 TRP 이온 채널 발견
우리는 어떻게 온도를 감지할까요?
데이비드 줄리어스 박사는 누구인가요?
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캘리포니아 대학교 샌프란시스코(UCSF) 생리학과 교수이자 학과장인 데이비드 줄리어스 박사는 2021년 노벨 생리의학상을 공동 수상했습니다. 그는 우리 몸이 열, 냉기, 화학적 자극제를 어떻게 감지하는지에 초점을 맞춰 연구했으며, 이를 통해 통증의 근본적인 본질에 대한 새로운 통찰력을 얻고 통증 치료를 위한 새로운 표적을 제시했습니다.
TRP 이온 채널은 왜 중요한가요?
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우리는 일상생활에서 복잡한 신호 전달 경로의 일부인 분자 수용체를 통해 수백만 가지의 감각을 처리합니다. 예를 들어, 일시적 수용체 전위(TRP) 이온 채널 덕분에 우리는 생존에 필수적인 열과 냉기를 감지할 수 있습니다. 줄리어스 박사는 타란툴라와 산호뱀의 독, 고추의 매운맛을 내는 캡사이신 등 자연계의 독특한 분자를 사용하여 이 수용체 계열을 광범위하게 연구함으로써 온도와 통증 감각을 담당하는 신호가 어떻게 뇌로 전달되는지 규명했습니다.
통각: 우리는 유해한 자극을 어떻게 감지할까요?
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통각(Nociception)은 신체의 체성 감각계가 통증을 유발하는 기계적, 열적, 화학적 자극을 감지하는 과정입니다. 부상이나 염증이 발생하면 피부의 특정 신경 세포군이 민감해지면서 TRP 이온 채널이 활성화됩니다. 일단 활성화된 채널은 척수의 이차 신경세포로, 다시 뇌로 신호 전달을 강화하여 급성 불편함이나 통증을 느끼게 합니다.
예를 들어, 피부가 열에 노출되면 자유 신경 종말의 TRPV1 채널이 활성화되어 열 신호가 신경을 타고 척수 상행 경로로 전달됩니다. 뇌는 이 신호를 받아 적절한 반응을 생성합니다.
어떤 분야에 활용될 수 있을까요?
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- TRP 채널은 차세대 진통제 개발의 잠재적 표적입니다.
- 독특한 감각 시스템을 합성 설계하여 산업용 바이오센서로 활용할 수 있습니다.
- 열/냉각 과민증 및 저민감성 질환에 대한 잠재적 치료법으로 활용 가능합니다.
보너스 템플릿
인포그래픽을 작은 단위의 템플릿으로 나누어 두었으니, 여러분의 연구 내용에 맞춰 쉽고 빠르게 수정해 보세요!
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2020년 노벨 화학상 인포그래픽: 유전체 편집 도구, CRISPR-Cas9
참고 문헌
[촉각 감각의 핵심: PIEZO 채널]
1. ®© 노벨 재단(The Nobel Foundation)
2. “Lab Members.” 파타푸티안 연구실(The Patapoutian Lab), https://patapoutianlab.org/people
3. 상세 정보. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. 2021년 11월 2일 화요일. <https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/advanced-information/>
4. Piezo1과 Piezo2는 서로 다른 기계적 활성 양이온 채널의 필수 구성 요소임 (2010) PMID: 20813920
5. Piezo 기계적 감수성을 위한 구조 기반 막 돔 메커니즘 (2017), PMID: 29231809
6. 포유류 촉각 채널 PIEZO2의 구조 및 기계적 게이팅 (2019), PMID: 31435011
7. Piezo2의 기도 확장 감지 및 폐 팽창 유도 무호흡 매개 (2017) PMID: 28002412
8. PIEZO의 혈압 신경 감지 및 압력 수용체 반사 매개 (2018) PMID: 30361375
9. 혈관 구조와 생리학적 힘의 Piezo1 통합 (2014), PMID: 25119035
10. 기계적으로 활성화되는 이온 채널인 Piezo1은 생쥐의 혈관 발달에 필수적임 (2014), PMID: 24958852
11. 감각 신경 및 요로상피 세포의 PIEZO2는 배뇨를 조절함 (2020), PMID: 33057202
12. 아프리카 인구에서 발견되는 일반적인 PIEZO1 대립유전자는 적혈구 탈수를 유발하고 말라리아 원충 감염을 약화시킴 (2018), PMID: 29576450
13. 기계 감각 이온 채널 PIEZO1의 일반적인 다형성은 인간의 중증 말라리아 예방과 관련이 있음 (2020), PMID: 32265284
14. 아프리카 인구에서 발견되는 일반적인 PIEZO1 대립유전자는 적혈구 탈수를 유발하고 말라리아 원충 감염을 약화시킴 (2018), PMID: 29576450
15. 생쥐와 인간의 철 대사에서 PIEZO1의 역할 (2021) PMID: 33571427촉각 감각에 필수적: PIEZO 채널
[우리는 어떻게 온도를 감지할까?]
1. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2021/press-release/
2. https://gairdner.org/award_winners/david-julius/
3. Julius, D., 2013. TRP 채널과 통증. Annual Review of Cell and Developmental Biology 29, 355–384.. doi:10.1146/annurev-cellbio-101011-155833
