장미향에 의해 활성화 되는 인간 17번 염색체 후각 수용체의 패턴 분석

Abstract

인간의 후각은 후각 수용체에서 시작하여 뇌를 끝으로 연속된 신호 전달 체계에 의하며, 냄새 물질이라는 화학적 자극에 의한 감각이다. 인간은 분자적인 수준으로, 후각 신경에 발현되어 있는 후각 수용체와 냄새 물질 간의 결합여부에 따른 패턴에 의해 냄새를 인지하고 구별한다. 본 연구에서는 이러한 인간의 후각 메커니즘을 기반으로 하여 후각 수용체와 냄새 물질 간의 결합 패턴을 냄새 물질의 코드로 부여함으로써 인간의 후각에 대한 이해를 돕고자 했다. 이를 위해, 냄새 물질과의 결합 여부를 알아볼 후각 수용체로는 인간의 17번 염색체 안의 14개의 후각 수용체를, 냄새 물질로는 장미향의 대표 성분 4가지 제라니올, β-씨트로넬롤, 2-페닐에탄올, 리날룰을 선정하였다. 17번 염색체 내의 14개의 후각 수용체는 기존에 그들과 결합한다고 알려져 있는 꽃향기 물질이 타 염색체의 후각 수용체에 비해 많은 편이며, 이 때문에 인간의 후각을 대표적으로 이해할 수 있는 염색체 내의 후각 수용체라고 알려져 있다. 또한, 장미향은 향료 산업 등에도 대표적인 향기 물질로 널리 사용되고 있다. 이에 냄새를 대표할 수 있는 물질로서 4가지의 장미향 구성 물질을 선택했다. 후각 수용체와 냄새 물질 간의 결합 패턴을 분석하기 위해서는 14개의 후각 수용체 유전자가 이종(異種) 동물 세포에 발현되도록 하였다. 패턴 분석을 위한 세포 기반 실험을 진행하기 위해 실제 인간의 후각 신경을 사용하여 실험하기에는 한계가 있으므로 이종 세포에서 발현된 후각 수용체를 이용했으며, 그 발현이 실험을 통해 확인되었다. 발현이 확인된 14개의 후각 수용체와 4가지 냄새 물질 간의 결합 여부는 세포 기반 실험 중 하나인 루시퍼레이즈 분석 방법을 통해 알아냈다. 후각 수용체가 발현된 이종 세포에서는 실제 후각 신경에서와 동일한 신호 전달 기작을 따른다고 알려져 있다. 각 물질의 결합 패턴을 특정 냄새 물질의 코드로 부여했고, 이에 대한 의미를 찾고자 4가지 장미향 구성 물질 외에 실제 천연 장미향 또한 루시퍼레이즈 분석 방법을 시행하여 결합 패턴을 분석하였다. 냄새를 코드화하는 방식은 단순한 결합 유무만을 따지는 on/off의 코드화 방식과, 루시퍼레이즈 신호 크기를 연속적으로 분석하여 냄새 물질과 수용체 간의 결합 정도를 반영한 코드화 두 가지 방식을 제시하였다. 4가지 장미향 물질의 코드와 천연 장미향의 코드를 분석할 때 결합 유무만을 반영한 코드로는 의미를 찾기에 어려움이 있었다. 그러나 결합 정도를 반영한 코드는 4가지 장미향 물질의 결합 정도를 천연 장미향 구성 비율로 각각 곱하여 계산하여 합한 코드 양상이 실제 천연 장미향의 코드 양상과 유사함을 보임으로써, on/off 방식의 코드 방식보다 인간의 후각의 특성을 반영하여 후각에 대한 이해도를 높일 수 있었다. 후각은 인간의 오감 중에서 비교적 연구된 부분이 적은 감각으로, 현재까지 시각, 청각, 촉각 등 물리적 자극에 의한 여타 감각에 비해 연구가 진행된 정도가 미약하다. 본 연구에서의 후각 수용체와 냄새 물질 간의 결합 패턴 분석과, 새롭게 제시한 냄새의 코드화 방식을 통해서는 단순한 화학적 접근으로 후각을 이해하지 않고 실제 인간의 생물학적 후각 메커니즘을 기반으로 후각을 이해함으로써 후각 연구에 학문적으로 기여할 수 있다. 나아가, 보이지 않는 냄새를 객관화하는 코드화 방식을 제시하며, 후각 관련 산업 발전에 기여할 수 있는 가능성을 제시하고 있다.