도쿄도의학종합연구소의 나츠호리 아키요시 주석연구원과 혼다진 부참사 연구원은 도호쿠대학, 게이오기주쿠대학과 공동으로 살아있는 마우스의 뇌내 에너지 계측에 성공하여 동물의 수면-각성에 따라 신경의 세포내 에너지가 대뇌피질 전역에서 변동하는 것을 발견하였다.

 살아있는 동물의 뇌 내에서는 세포의 모든 활동에 필요한 에너지의 고갈을 방지하기 위해 에너지의 항상성을 유지하는 구조가 작용하고 있다고 한다.이 메커니즘은 살아있는 동물의 뇌에서 세포의 에너지 수준이 항상 일정하게 유지되는 것으로 예상되었지만, 이것을 입증한 연구는 없었다.

 이번 연구 그룹은 세포의 에너지로서 이용되는 분자인 ATP(아데노신 삼인산)의 신경 세포내 농도를 살아있는 마우스의 뇌로부터 실시간으로 계측했다.그 결과, 마우스의 대뇌피질의 흥분성 신경의 세포내 ATP 농도는 마우스의 각성시에 높고, 각성으로부터 논렘 수면에 들어가면 저하하고, 또한 렘 수면에 들어가면 크게 저하되었다.한편, 세포에의 에너지 공급을 나타내는 뇌혈류량은, 마우스의 각성시와 비교하여 논렘 수면 중에 약간 증가하고, 렘 수면 중에 크게 증가했다.

 또한, 세포의 에너지 수요가 증가하는 각성시 신경세포내 ATP가 대뇌피질 전역에서 증가.동물의 수면으로부터 각성에 맞추어 뇌의 광역에서 신경세포내 ATP를 단번에 증가시키는, 전뇌 수준의 에너지 조절 기구가 존재할 가능성이 예상되었다.

 이번 연구는 살아있는 동물의 뇌에서 "세포의 에너지 수준이 항상 일정하게 유지된다"는 기존의 예상을 뒤집고, 대뇌 피질의 신경 세포 내 에너지는 동물의 수면 각성에 맞게 변동한다는 것 을 밝혔다.향후, 세포내 에너지 소비 활동이나 뇌내 시스템의 해명이 기대된다.

논문 정보:【Communications Biology】Intracellular ATP levels in mouse cortical excitatory neurons varies with sleep-wake states

대학 저널 온라인 편집부

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