왜 인간은 밤보다 낮에 활동하는가? 생활 리듬의 수수께끼에 종지부: 인간의 주행성을 지탱하는 "튼튼한 세포 시계"

왜 인간은 밤보다 낮에 활동하는가? 생활 리듬의 수수께끼에 종지부: 인간의 주행성을 지탱하는 "튼튼한 세포 시계"

우리는 "밤샘"이 계속되면 건강을 해치기 쉽다. 반대로 아침 햇살을 받으며 활동하면 컨디션이 좋아진다는 실감은 많은 사람들에게 공통적일 것이다. 그러나 애초에 왜 인간은 낮에 일어나고 밤에 자는 "주행성"인지. 진화의 역사를 거슬러 올라가면 초기 포유류는 공룡이 활보하는 낮을 피하고 주로 밤에 활동했다고 한다. 그럼에도 불구하고 인간을 포함한 일부 계통은 여러 번 독립적으로 "낮으로 돌아가는" 전환을 이루어 왔다. 이 오랜 수수께끼에 대해 "뇌"가 아닌 "세포" 측에 답이 있다는 결론을 강하게 시사하는 연구가 보고되었다.


"주행성·야행성의 차이"는 뇌의 배선으로 설명할 수 없었다

일주 리듬(서카디언 리듬)의 중심에는 뇌 내의 "마스터 시계"가 있다. 그런데 야행성과 주행성에서 이 마스터 시계의 기본적인 움직임이 크게 다른 것은 아니다. 그렇기 때문에 "어떻게 주행성으로 전환했는가"가 난제였다. 이번 연구가 시사한 것은 결정적인 차이는 뇌의 회로가 아니라, 말초를 포함한 "개개의 세포"가 일내에서 흔들리는 체내 환경 신호에 어떻게 반응하는가에 있다는 시점이다.


체내의 "작은 흔들림"이 세포의 시계를 움직인다

우리의 체내에서는 24시간 동안 온도, 체액 균형(삼투압), 영양 상태 등이 약간씩 오르내린다. 연구팀은 이러한 물리·화학적인 "미세한 일주 변동"이 세포 내의 화학 반응이나 단백질의 합성·수식에 영향을 미치고, 그 결과로 세포가 "지금은 낮/밤이다"라고 해석하는 단서가 된다고 생각했다.


여기서 흥미로운 점은, 같은 "온도의 일주 사이클"을 주어도 주행성 동물 유래의 세포와 야행성 동물 유래의 세포에서는 일주 시계의 어긋남(위상의 이동)이 반대 방향이 될 수 있다는 점이다. 즉, 외부에서 보면 같은 자극이라도 세포가 받는 "의미"가 주행성과 야행성에서 다르다.


주역은 mTOR와 WNK——"대사의 사령탑"이 시간대의 선호에 연결된다

연구에서는 차이를 만드는 핵심으로 두 개의 신호 경로가 제시되고 있다. 하나는 mTOR(mechanistic target of rapamycin). 영양이나 에너지 상태에 따라 단백질 합성 등을 총괄하는 세포의 "대사 사령탑"이다. 또 하나는 WNK(with-no-lysine)로, 이온이나 삼투압 등 체액 균형의 조정에 관련된 네트워크로 알려져 있다. 온도 변화에 대해 인간 세포와 쥐 세포가 단백질 합성이나 효소 활성을 "다르게/때로는 반대 방향으로" 변화시키는 것이 관찰되었고, 그 배후에 mTOR와 WNK의 감수성 차이가 있다고 시사되었다.


여기서 포인트가 되는 것은 "일주 시계"만 보고 있어도 놓치기 쉽다는 것이다. 시계의 톱니바퀴 자체가 주행성·야행성으로 다른 것이 아니라, 톱니바퀴에 입력되는 "대사·체액의 센서계"의 반응 방식이 다르다. 결과적으로 같은 일주 변동이라도 낮에 활동하는 것이 유리한 개체와 밤에 활동하는 것이 유리한 개체로 나뉘어 간다——그러한 이미지가 떠오른다.


주행성의 세포는 "온도 흔들림에 강하다"＝튼튼한 세포 시계

게다가 논문의 요점으로, 주행성의 세포는 온도 변화에 대해 단백질 합성·인산화·일주 시계의 타이밍이 "영향을 받기 어려운(로버스트)" 것이 보고되고 있다. 다시 말해, 주행성의 세포 시계는 온도나 삼투압의 흔들림에 대해 흔들리기 어려운 설계가 되어 있을 가능성이 있다.


이 "로버스트성"은 주행성으로 전환하는 데 있어 합리적이다. 낮 동안은 외부 온도도 활동량도 변동하기 쉽고, 섭식·운동·스트레스 반응 등도 일어나기 쉽다. 그러한 노이즈가 많은 시간대에 활동한다면, 세포의 기본 기능이 흔들림에 휘둘리지 않는 구조가 유리해지기 때문이다.


유전자 진화의 흔적: mTOR와 관련 네트워크가 "빠르게 변화했다"

연구팀은 비교 게놈 분석도 수행하여, 주행성 포유류에서는 mTOR와 WNK 등의 네트워크에 포함된 유전자군이 "보통보다 빠른 진화"를 보인다고 보고하고 있다. 주행성으로의 전환은 행동의 선호가 변한 것뿐만 아니라, 세포의 기본 생리를 "유전자 수준에서 조율"할 필요가 있었다——라는 해석으로 이어진다.


그리고 결정타: 야행성 쥐의 mTOR를 억제하면 "주행성"으로 기울다

여기까지도 충분히 자극적이지만, 더 깊이 들어간 실험이 있다. 야행성 쥐에서 mTOR 활성을 억제하는 개입을 하면, 세포·조직·행동이 주행성의 방향으로 이동했다는 것이다. 기사에서는 식사 기반의 처치로 mTOR 기능을 낮춘 결과, 활동 시간이 낮 쪽으로 이동했다고 소개되고 있다.


물론 "쥐를 완전히 주행성으로 바꿨다"고 단정하는 것은 위험하다. 행동에는 빛, 포식자, 사회성, 에너지 효율 등 여러 요인이 얽혀 있다. 그래도 세포 내의 대사 신호의 튜닝이 동물의 "활동 시간대의 선호"에까지 영향을 미칠 수 있음을 실험으로 보여준 의의는 크다.


의료에의 함의: 시간을 아군으로 삼는 "일주 의료"를 지원

이 연구가 뜨거운 시선을 모으는 이유 중 하나는 의료에의 연결이다. 약의 효과나 부작용은 시간대에 따라 달라질 수 있으며, 치료의 "언제"를 최적화하는 일주 의료(크로노메디신)가 주목받고 있다. mTOR는 신약 개발·암 연구·대사 연구에서도 중요한 표적으로, 시간 생물학과 임상을 잇는 가교가 될 수 있다. MRC 측의 해설에서도 치료의 타이밍이 효과에 영향을 미치는 영역에 대한 시사가 명시되어 있다.


한편으로 주의점도 있다. mTOR는 다기능으로, 단순히 "억제하면 건강하다"는 이야기가 아니다. 개입이 다른 생리 기능에 미치는 영향이나 장기적인 안전성은 별문제다. 연구의 가치는 안이한 건강법의 제안이 아니라, "세포의 기본 경로가 시간대의 행동과 연결된다"는 메커니즘을 구체화한 데 있다.


기후 변화와의 의외의 접점: "활동 시간대의 이동"이 생태계를 흔들다

기사와 UKRI의 발표는 또 하나의 함의로 기후 변화를 언급한다. 온도가 변하면 세포가 받는 일주 신호도 변질될 수 있다. 게다가 식량(먹이)의 입수 가능성과 외부 환경의 대응 관계가 무너지면 포유류가 활동하는 시간대를 이동시킬 가능성이 있다. 만약 다수의 종에서 활동 시간대가 어긋나면, 포식·피식, 수분, 경쟁 등의 관계가 연쇄적으로 변하고 생태계의 균형에 영향을 미친다——그러한 우려가 제기되고 있다.


SNS의 반응: 전문가 커뮤니티에서는 "교과서적", "일주 의료에 효과적"이라고 화제

그렇다면 이 이야기는 SNS에서 어떻게 받아들여졌을까. 대규모의 버즈라기보다는, 먼저 연구자·인접 분야의 커뮤니티에서 반응이 일어나고 있는 인상이 있다.


예를 들어, 저자 중 한 명이 LinkedIn에서 연구를 소개하며, "주야의 차이는 개개의 세포 수준에 새겨져 있다", "종을 넘나드는 연구의 외삽에 주의를 촉구한다"는 취지로 발신하고 있다. 더 나아가 다음 전개로서 세포의 환경을 시간적으로 정밀 제어할 수 있는 마이크로 유체 기술을 사용하여 현실에 가까운 일주 변동을 실험계에 도입하려는 의욕에도 언급하고 있다.


댓글란에서는, ① "타이밍에 따라 약효가 변하는 논의가 뜨거워지고 있어 중요하다", ② "정말로 교과서에 실릴 것 같다", ③ "불면이나 각성의 개입으로 이어질 수 있는가?"라는 방향의 목소리가 보인다. 모두 단순한 잡학이 아니라, 일주 의료·번역 연구(동물에서 인간으로의 지식 이전의 어려움)·개입 가능성에 관심이 모이고 있음을 보여주고 있다.


"야행성의 자신"은 바꿀 수 있는가?——독자가 가져가야 할 포인트

이 기사를 읽은 많은 사람들이 처음으로 생각하는 것은 "그럼 야행성 체질은 mTOR로 바뀌는가?"라는 질문일 것이다. 다만, 연구가 즉시 "생활술"을 주는 것은 아니다. 이번 주장은 오히려 주행성·야행성을 결정하는 요인이 빛 자극이나 뇌의 시계뿐만 아니라, 세포의 대사·체액 센서의 설계에도 깊이 뿌리내리고 있다는 세계관의 갱신에 있다.


다시 말해, 인간의 리듬은 "기합"만으로 어떻게 되는 것도 아니고, "수면 시간"만으로 말할 수 있는 것도 아니다. 체온, 영양, 삼투압, 단백질 합성——그러한 "지루하지만 근본적인 세포의 활동"이 최종적으로 "언제 활동할 것인가"라는 행동의 윤곽을 그리고 있다. 거기에 진화의 선택이 쌓여 우리는 낮의 생물이 되었다.


그리고 지금, 환경이 급속히 변하는 시대에 들어섰다. 기온이나 식의 계절성이 변하면 세포가 읽어내는 일주의 전제도 흔들린다. 주야의 스위치의 구조가 밝혀진 것은 인간의 건강뿐만 아니라, 생태계의 미래를 생각하는 단서가 될 수 있다.——"낮에 일어나는"이라는 당연함이 사실은 매우 정밀하고, 게다가 환경에 민감한 구조 위에 성립되어 있다. 그 사실 자체가 이번 연구의 가장 큰 수확일지도 모른다.


출처 URL(본문 중 링크 없음/말미에 모아서 게재)

관련 기사