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차가운 수용체도 열을 전달한다.
손으로 커피를 마시고 즉시 따뜻함을 느끼면 열에 의해 활성화되는 신경 세포뿐만 아니라 열에 의해 비활성화되는 신경 세포도 함께 관여한다.

사람의 온도 감지, 생각과 다르다.
차가운 냉기 수용체도 열을 인식하는 데 중요하다.

열을 감지하려면 온기센서 뿐 아니라 상대 장치인 냉기센서도 필요하다.
차가움을 받아들이는 이 감지기에 결함이 있으면, 열을 느끼는 것은 거의 불가능하다. 따라서 뇌는 열 및 냉기 센서의 신호를 계산할 수 있는 경우에만 온도 변화를 안정적으로 등록하는 것으로 밝혀졌다. 

▲ 신경 세포가 온도 변화에 대한 정보를 뇌로 보내 우리가 따뜻한 것과 차가운 것을 구별 할 수 있도록 한다. Image by Oleksandr Pyrohov from Pixabay

태양 광선이 우리의 얼굴을 비출 때 따사로움, 뜨거운 커피 한 잔.
이런 따뜻한 경험은 피부에 있는 특정 신경 세포를 통해 가능하다.
신경 세포가 온도 변화에 대한 정보를 뇌로 보내 우리가 따뜻한 것과 차가운 것을 구별 할 수 있도록 한다.

과학자들은 지금까지 온도를 감지하기 위해서는 두 가지 별도의 신호 경로가 있어야 한다고 가정했다. 즉, 특정 신경 세포가 열 자극만 담당하고 다른 신경 세포는 차가움에만 반응할 것이다.
이 가정은 맞을까?
베를린에 있는 막스 델브뤽 분자 의학센터(Max Delbrück Molecular Medicine Center)의 제임스 폴레(James Poulet)는 “온도를 감지하는 것은 ​우리에게 여전히 수수께끼다. 시각, 촉각 및 청각과 비교할 때 이러한 인식은 아직도 ​​매우 탐구되지 않았다.”고 말한다.

따뜻함의 흔적

이 논문의 첫 번째 저자 리카르도 파리치오-몬테시노스(Ricardo Paricio-Montesinos) 주변과학자 포울렛(Poulet)과 동료들은 마우스가 인간처럼 온도 변화에 민감하게 반응하는지 먼저 조사했다. 실험 결과, 설치류는 1도 정도만 온도를 높여도 급수기를 핥기 시작했다.
“전체적으로, 생쥐는 사람만큼 열과 냉기를 인식한다는 것을 처음으로 증명할 수 있었다. 임계치는 인간에게 해당되는 값과 동일하다.”라고 포울렛의 동료 그레이 레윈(Gary Lewin)이 보고했다.

약한 인식

다음 단계에서 과학자들은 이러한 감각이 생쥐에서 어떻게 발생하는지 확인했다.
그들은 이전 연구에서 열 감각과 관련된 마우스의 신경 신호 경로를 차단했다.

그러자 쥐들은 전혀 반응하지 않았고 온도가 2도 상승했을 때, 쥐들이 급수기를 핥기 시작했다. 이것은 쥐가 따뜻함을 느끼는 감각이 덜 민감하지만 완전히 꺼지지는 않았다는 것을 의미한다. 따라서 열 인식에 더 중요한 다른 신호 경로가 있어야 했다. 무엇에 관한 것일까?

▲ 우리는 온도 변화를 어떻게 인식할까 Image by Linus Schütz from Pixabay

차가운 수용체도 열을 전달한다.

Poulet과 그의 팀이 이것을 발견한 것은 우연이었다.
제어 실험을 위해 마우스에서 Trmp8이라는 유전자를 차단했다.
이 유전자들은 체내 냉각 신호전송에 관여하는 온도에 민감한 이온 채널 지침을 갖고 있다. “우리는 실제로 이 쥐들이 피부 온난화를 인지하도록 훈련시키고 싶었다. 이를 통해 연구의 가장 중요한 지식을 발견했다.”라고 팀원인 프레드릭 쉬발러(Frederick Schwaller)가 말했다.

유전자 변형된 마우스가 갑자기 더 이상 열을 느끼지 못한다는 것이 밝혀졌다.
Schwaller는 “우리는 완전히 놀랐다.”고 말했다. 실제로, 이 관찰은 저온 수용체가 저온 인식에만 중요하다는 일반적인 논문과 모순된다. 대신, 냉기와 관련된 신호 경로는 열 인식에 절대적으로 필요한 것으로 보인다.

조절된 활동

이 현상을 근본적으로 알아보기 위해 그들은 추가 연구를 수행했다.
쥐의 앞발에 있는 신경 세포에 대한 그들의 분석은 두 가지 흥미로운 결과를 주었다.
한편으로는, 따뜻함에만 반응하는 신경 세포는 없는 것처럼 보였다. 대신 온도뿐 아니라 무딘 압력 자극이 발생할 경우 쥐의 앞발 신경세포는 전기 신호를 보냈다.

“그런 다음 신경계는 세포가 열, 냉기 또는 기계적 영향에 의해 활성화되었는지 어떻게 인식할까?”에 궁금한 것을 Lewin가 설명한다. 이 질문에 대한 답은 두 번째 발견으로 알 수 있었다. 특정 신경 그룹은 앞발의 추위 또는 정상 온도에서 지속적으로 발사되었다. 반면에 온도가 올라가면 이 차가운 센서의 작동 속도가 느려지고 신호가 더 적다.

두 가지 출처의 정보

이 반응을 통해서만 열 인식이 올바르게 전달된다고 과학자들은 결론을 내렸다. Paricio-Montesinos는 “우리가 손으로 커피를 마시고 즉시 따뜻함을 느끼면 열에 의해 활성화되는 신경 세포뿐만 아니라 열에 의해 비활성화되는 신경 세포도 함께 관여한다. 이 두 번째 유형의 신경 세포가 없으면 따뜻함을 느끼기 위해 더 오랜 시간이 필요하거나 심지어 따뜻함을 느끼지 못할 것이다."

따라서 열 인식은 중요한 두 가지 소스의 정보가 조합된 것이다. "우리는 이 두 채널을 통한 동시 억제와 여기가 열에 대한 감각 코드를 제공한다고 가정 한다"고 연구팀은 말했다. 요컨대, 반대 방향의 두 신호는 뇌에 온기를 전달하는 패턴을 만든다.

사람에게도 비슷한 메커니즘?

연구진의 관점으로는 이 모델은 왜 특뵬한 열수용체 없이도 마우스가 열을 안정적으로 인식하는지 설명한다. 가열될 때만 한 신경 세포 집단이 자극받고 다른 신경 세포 집단은 활동을 억제하기 때문이다. 다른 한편으로, 냉각할 때, 다른 패턴이 나타난다. 여기서, 두 그룹의 신경 세포에 따라 활동이 증가한다는 것을 연구진은 발견했다. 레윈(Lewin)은 “두 개의 신경 세포 그룹을 사용하면 온도 상승 또는 하강 여부를 마우스가 보다 쉽게 ​​확인할 수 있다.”고 말했다.

그러나 이러한 관계가 인간에게도 적용 가능할까?
과학자들은 적어도 그럴듯하다고 생각한다. 결국, 마우스와 인간의 온기가 비슷할 뿐만 아니라, 우리는 또한 피부에서 척수 및 뇌로 정보를 전달하는 동일한 수용체와 신경을 가지고 있다.

2020 년 Neuron; doi : 10.1016 / j.neuron.2020.02.035)
출처 : Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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