오랜 수수께끼였던 '전신 마취가 왜 효과가 있는가?'에 대한 열쇠는 단백질 구조
매년 전 세계적으로 3억 5000만 건 이상의 수술이 진행되고 있으며, 그 중 일부에서는 전신 마취가 사용되고 있습니다. 그러나 사실 전신 마취가 왜 작용하는지는 완전히 밝혀지지 않았습니다. 퀸즐랜드 공과대학의 연구원인 아담 D. 하인즈 연구팀이 전신 마취가 뉴런을 선택적으로 정지시키도록 작용하는 원리의 일부를 발견했다고 보고했습니다.
Synapse-specific trapping of SNARE machinery proteins in the anesthetized Drosophila brain | Journal of Neuroscience
https://www.jneurosci.org/content/early/2024/05/17/JNEUROSCI.0588-23.2024
After 180 years, new clues are revealing just how general anaesthesia works in the brain
https://theconversation.com/after-180-years-new-clues-are-revealing-just-how-general-anaesthesia-works-in-the-brain-229713
After 180 years, new clues are revealing just how general anaesthesia works in the brain
How exactly do anaesthetic drugs shut down the brain? We still don’t have a complete picture, but a new study just got us a step closer.
theconversation.com
전신 마취의 역사는 고대 수메르와 바빌로니아 등 세계 각지에서 행해지고 있었다고 알려져 있으며, 서양 의학에서는 1846년에 세계 최초로 에테르 마취에 의한 외과수술이 행해졌습니다. 그러나 전신 마취가 왜 환자의 의식을 상실시키는지는 명확하게 규명되지 않았고 2020년에 마취약이 뇌의 뉴런(신경세포)에 작용하기 때문일 것이라는 사실을 드디어 알게 되었습니다.
뇌에는 약 860억 개의 뉴런이 있으며 이것들은 '흥분성 뉴런'과 '억제성 뉴런'이라는 두 종류로 크게 나뉩니다. 흥분성 뉴런은 뇌의 각성상태를 유지하는 역할을 하고 억제성 뉴런은 흥분성 뉴런을 제어하는 역할을 합니다. 예를 들어 억제성 뉴런이 흥분성 뉴런에 작용하고 흥분성 뉴런을 '침묵'시키면 우리는 수면상태에 빠집니다.
연구팀에 따르면 전신 마취에는 흥분성 뉴런을 직접 억제시키는 기능이 있어서 수면의 프로세스를 스피드업시키고 있다고 합니다. 그러나 전신 마취에 의해 흥분성 뉴런이 직접 억제되는 기전은 지금까지 밝혀지지 않았습니다.
뉴런이 통신을 한다는 현상은 뉴런 말단의 시냅스 가 도파민, 아드레날린, 세로토닌 등 신경전달물질을 방출한다는 것을 의미합니다. 이 신경전달물질은 특정 단백질이 작용함으로써 방출되는데 연구팀은 흥분성 뉴런과 억제성 뉴런으로 작용하는 단백질이 isoform임을 밝혀냈습니다.
isoform은 단백질의 기본적인 기능은 공통적이지만 일부 구조가 다른 단백질을 말합니다. 연구팀은 초파리의 뉴런을 초해상 현미경으로 관찰한 결과 흥분성 뉴런에 신경전달물질의 방출을 촉진하는 단백질을 전신마취가 선택적으로 저해하는 것을 분자 수준에서 확인했다고 보고했습니다.
한편 억제성 뉴런에 신경전달물질의 방출을 촉진하는 단백질은 흥분성 뉴런의 것과 구조가 다르기 때문에 전신 마취에 의한 저해를 받지 않는다고 합니다. 연구팀은 신경전달물질의 방출이 복잡한 과정이며 많은 단백질이 관여하고 있기 때문에 전신마취제가 구체적으로 어느 과정의 어느 부분에 작용하고 있는지를 확인하는 것이 앞으로 중요한 과제라고 보았습니다.