[행복] 후성 유전적 과정에 관여하는 도파민과 세레토닌

 아주 재미있는 글을 읽었다.

 도파민과 세레토닌이 신경전달 물질로써의 역할 외에도, 유전자의 발현 (후성 유전적 과정)에 관여하고 있고, 이러한 관여가 약물중독과 정신질환의 결정적인 원인이 될 수 있다는 내용이다.

 개인적으로 재미있던 점은 세로토닌과 도파민은 줄기세포가 세로토닌성 뉴런으로 성장하도록 하는 유전자를 발현시킨다는 점인데, 약물중독과 정신질환과 같이 신경전달물질과 관련된 병이 단순히 신경 전달 물질을 제어한다고 해서 해결되기 힘든 근본적인 원인이 될 수 있다는 점이다.

 나아가, 신경전달물질이 유전자 발현에 관여하는 촉매 효소가 신경세포의 발화(세포내 칼슘농도)에 의해 조정된다는 점에서, 우리의 신경 세포를 발화 시키는 삶의 경험들이 후성유전적 과정에 관여할 수 있다는 의견을 제시한다.

 우울증의 특징으로 알려진 '장기간의 우울감'이 우울증의 증상이 아니라 그 원인이 될 수 있겠다는 생각이 든다. 또한 일상적인 소소하게 느끼는 행복들이 어떻게 우리를 우울증으로부터 보호할 수 있는지에 대해 어렴풋이 그림이 그려지는 느낌을 받았다. 

상세 내용)

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 도파민과 세레토닌은 보상과 감정 조절에 관여하는 신경전달 물질로 알려져 있다. 그래서 신경전달 물질의 이상으로 인해 우울증으로 고통 받는 환자들은 세로토닌의 재흡수를 막아 세로토닌의 양을 조절하는 항우울제를 복용함으로써 감정 조절에 도움을 받는다.

 헌데, 단순히 신경전달 뿐만 아니라 유전자의 발현에 관여한다는 연구 결과들이 보고되고 있다고 한다.

 먼저 유전자 발현에 관해 정리해보자. 우리 몸을 이루는 모든 세포들은 같은 유전자는 지니지만, 그 중에 어떤 유전 형질이 발현될지는 각기 다르다. 이것이 우리 몸이 하나의 DNA로 다양한 세포를 구성할 수 있는 이유다.

 이는 DNA가 뒤감겨 있는 구조에서 풀리냐 안풀리냐에 의해 결정된다고 한다. 그리고 이는 DNA가 휘감고 있는 histone이라는 단백질에 붙은 화학적 태그에 의해 결정된다. 이 태그에 의해 DNA는 풀려서 발현될 것인지, 감긴채로 발현되지 못할 것인지 결정된다고 한다. 

 여기서 세레토닌의 역할이 등장한다. 세로토닌은 H3이라고 알려진 histone에 결합할 수 있는데, H3은 줄기세포의 세로토닌성 뉴런으로의 변환에 관여한다. 즉, 세로토닌이 H3 histone에 결합하면 여기에 감긴 DNA가 풀리고, 여기에 기록된 유전 형질은 줄기세포를 세로토닌성 뉴런으로 성장하게 한다. 

 도파민도 같은 역할을 한다. 세로토닌과 H3 histone의 결합을 촉매 하는 효소가 도파민과 H3 histone의 결합 또한 촉진할 수 있다고 한다. 그리고 이 결합을 'dopaminylation'이라고 한다.

 연구진들은 코카인 중독자의 사후 채취한 뇌와, 10일간 코카인 약물을 투여한 쥐의 뇌에서 중독에 크게 관여하는 뇌 영역의 'dopaminylation'이 크게 감소한 것을 발견했다. 그리고, 쥐에게 코카인 투여를 멈추고 한 달이 지난 뒤 정상 쥐보다 훨씬 많은 H3의 'dopaminylation', 즉 반등효과가 나타난 것을 발견했다. 그리고 이러한 도파민과 H3 histone의 결합이 격렬히 약물을 갈구하는 원인이 될 수 있다는 가설을 제안했다.

 이 가설을 검증하기 위해 H3 histone에 도파민이 결합하지 못하도록 유전자를 변형한 쥐를 통한 실험을 했는데, 이 쥐는 코카인 투입을 멈춘 후 일반적으로 발견되는 유전자 변화가 억제되었으며, 중독과 관련된 뇌 부위의 뉴런의 발화가 감소하고 도파민이 덜 방출되었다고 한다. 그리고 이 쥐는 코카인을 찾는 행동이 훨씬 적었다고 한다.

 즉, 도파민이 H3과 결합하여 유전자의 발현에 관여하는 것이 강하게 약물을 원하게 되는 원인이 될 수 있다는 결론이다.

 나아가, 단순히 중독을 벗어나 도파민과 세레토닌과 연관된 정신질환과 관련이 있다고 한다. 아직 논문으로 발표되진 않았지만, 주요 우울장애 환자의 뇌 조직에서 같은 유형의 후성유전학적 특징이 발견되었다고 한다.

 그리고, 이런 특징은 기존 항우울제가 효과를 가지는데 몇 일에서 몇 주의 시간이 걸리는 것을 설명할 수 있다고 한다. 항우울제의 효과가 단순히 뇌에서 모자란 세레토닌이 보충 되는 것이 아니라, 유전자의 발현에 관여하는 것으로부터 얻어지는 것이라면 몇 일에서 몇 주의 시간이 걸릴 수 있다는 것이다.

 한 가지 더 흥미로운 사실은 도파민과 H3의 결합을 촉매하는 효소가 세포 내 칼슘 레벨에 의해 조절된다고 한다. 

그런데, 세포 내 칼슘 레벨의 동적 변화는 신경의 발화와 관련이 있다. 이는 뉴런 사이에서 전기적으로 주고 받는 신경의 발화가 핵으로 전달되어 유전자의 후성유전적 과정, 즉, 도파민과 H3의 결합에 관여할 수 있다는 것을 의미한다. 그리고 이는 사람이 인생에서 겪은 경험이 유전자의 발현에 영향을 줄 수 있다는 것을 의미한다.

 

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참고)

본문

https://www.quantamagazine.org/the-epigenetic-secrets-behind-dopamine-drug-addiction-and-depression-20201027/

세라토닌-H3결합

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1024-7

도파민-H3 결합

https://science.sciencemag.org/content/368/6487/197