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A group of U.S. scientists have discovered how a mutation in a particular gene can lead to uncontrolled eating, which can lead to obesity, Science Daily reported Sunday.
Previous studies have revealed that the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) gene is linked to obesity, but no one could explain how it controls the impulse to eat.
Georgetown university researchers discovered in a new study that a mutation in the BDNF gene in mice does not allow brain neurons to communicate to each other. It resulted in learning and memory defects.
They also found out that the same mutation had induced the mice to become severely obese.
According to the study’s senior investigator, Baoji Xu, BDNF plays a critical role in the formation and maturation of synapses that enables neurons to send signals between them. It does it by creating long and short transcript, a complementary RNA copy of a sequence of DNA.
However, mutated BDNF makes only a short transcript, and is only synthesized in the cell body of a neuron but not in its dendrites, causing neuron to over-produce immature synapses.
This seems to have caused the defects in the mice.
Xu said it was the first time “protein synthesis in dendrites, tree-like extensions of neurons, has been found to be critical for control of weight.”
The study goes on to show that leptin and insulin stimulate synthesis of BDNF in dendrites to allow communication between neurons.
In effect, if neurons are bus stops, then synapses are roads that connect them, and chemical signals from leptin and insulin is a bus. Stimulated protein synthesis of BDNF is like the police directing traffic, allowing signals to move from one neuron toward another.
If the police officer starts making errors, the road gets jammed and the bus gets stuck, just like the mutated BDNF causing problems for neuronal communication.
In humans, leptin and insulin chemical signals need to be passed on to correct locations in the hypothalamus, which oversees how full a person is.
If this delivery is interrupted, eating continues, just like in the mice that fattened themselves with an uncontrolled appetite.
Scientists are now hoping for a way to repair such damage in transmission and possibly help the brain control body weight.
By Yoon Min-sik
(minsikyoon@heraldcorp.com)
<관련 한글 기사>
미국 연구진, ‘비만의 비밀’ 밝혀내다
특정한 유전자의 변이가 어떻게 해서 비만으로 이어지는 지를 밝히는 연구결과가 나왔다.
미국 조지타운대학 연구진이 밝힌 바에 따르면 뇌유래 신경영양 인자(brain-derived neurotrophic factor: BDNF) 유전자의 변형이 무절제한 식탐을 초래하고 결국 비만으로 이어진다고 사이언스데일리가 18일(현지시간) 보도했다.
과거의 연구를 통해 BDNF가 비만과 연관이 있다는 것이 밝혀졌지만, 식탐과 구체적으로 어떤 연관성이 있는지는 알려지지 않았다.
연구진은 이번 연구에서 생쥐의 BDNF가 변형되면서 뇌 안에 있는 뉴런들이 서로 소통하지 못하게 되는 것을 관찰했다. 그 결과 생쥐들은 학습력과 기억력 장애와 더불어, 심각한 비만증세를 보였다.
연구를 주도한 바오지 슈는 뉴런들이 상호간에 신호를 보내는 작용을 가능하게 해주는 시냅스가 형성되고 성숙하는데 BDNF가 결정적인 역할을 한다고 한다. 이 작용은 연속된 DNA의 RNA 복사본을 짧은 것과 긴 것 두 종류로 만들면서 가능해진다.
그러나 변형된 BDNF는 짧은 복사본만 만들어 뉴런의 세포체 내에서만 합성이 되고 수상돌기 (dendrite)에서는 되지 않아 성숙하지 않은 시냅스를 과다하게 만들어낸다.
이로 인해 생쥐들이 여러 장애를 겪는 것으로 추정된다.
슈는 이 실험이 “뉴런 안의 나무와 비슷한 확장물인 수상돌기에서의 단백질 합성이 몸무게 조절에 필수적이라는 것이 밝혀진” 첫 번째 사례라고 말했다.
연구 결과, 렙틴과 인슐린이 수상돌기에서 BDNF의 합성을 자극하여 뉴런간의 소통을 가능하게 한다는 점 역시 밝혀졌다.
뉴런을 버스 정류장에 비유하면 시냅스는 정류장을 잇는 도로이고 렙틴과 인슐린에서 나오는 화학적 신호가 뉴런 사이를 오가는 버스인 셈이다. 그리고 BDNF의 단백질 합성작용은 교통을 활발하게 하는 경찰관과 같은 역할을 하여 신호가 뉴런 사이를 이동할 수 있게 해준다.
교통경찰관이 실수를 하면 버스가 도로에 막혀 꼼짝 못하는 것과 같이, 변형된 BDNF는 뉴런간의 소통에 장애를 일으킨다.
인간의 경우, 렙틴과 인슐린 화학 신호가 식욕을 담당하는 시상하부 (hypothalamus) 내의 정확한 위치로 전달되어야 한다.
이것이 실패할 경우 무절제한 식탐으로 뚱뚱해진 쥐들처럼 먹는 것을 멈출 수가 없게 되는 것이다.
과학자들은 이러한 신호 전달 체계가 망가졌을 때 이를 고치는 방법과 뇌를 이용해 몸무게 조절하는 방법을 찾고 있다.
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이것이 실패할 경우 무절제한 식탐으로 뚱뚱해진 쥐들처럼 먹는 것을 멈출 수가 없게 되는 것이다.
과학자들은 이러한 신호 전달 체계가 망가졌을 때 이를 고치는 방법과 뇌를 이용해 몸무게 조절하는 방법을 찾고 있다.
