[KOSEN 동향] 힘줄 (tendon)과 근육의 연결에 대한 연구

힘줄 (tendon)과 근육의 연결에 대한 연구

How do muscle and tendon connections last a lifetime?


근육은 육상, 수영 또는 비행과 같은 동물의 움직임에 힘을 공급하기 위해 힘줄에 연결되어 있다. 힘 (Forces)은 부착점 (attachments)이라고 불리는 힘줄과 근육의 연결 부위를 당기는 단백질 액틴 (protein actin)과 미오신 (myosin)의 수축 체인 (contractile chains)에 의해 생성된다.


이 근육-힘줄 부착점은 동물의 생애 주기 동안 높은 강도의 기계적인 힘에 저항할 수 있도록 만들어진다. 프랑스 마르세유, 독일 뮌헨 및 뮌스터 지역의 학제 간 연구팀은 최근 연구를 통해 탈린 (Talin)이라는 주요 부착 단백질에 의해 전달되는 기계적 힘을 정량화하는 데 성공했다.


연구진은 초파리의 비행 근육을 대상으로 분자량 측정을 시행하였으며, 놀랍게도 소량의 탈린 분자가 근육-힘줄 부착을 만들어내는 동안 힘을 생산해 낸다는 것을 발견했다. 연구팀은 또한 근육이 많은 양의 탈린 분자를 부착점에 보냄으로써, 근육 조직을 증가시킨다는 것을 발견했다. 이와 같은 메커니즘을 통해, 탈린 분자는 근육 수축 중에 생성되는 많은 힘을 비행 등과 같은 운동을 위해 역동적으로 공유한다.


이번 연구의 대부분의 실험을 수행한 Max Planck Institute of Biochemistry 소속 산드라 렘케 (Sandra Lemke) Ph.D는 “이 기계적 적응 개념은 근육-힘줄 간 연결이 일생 동안 지속될 수 있다는 것을 의미한다."고 설명했다. 이번 연구는 Aix-Marseille 대학 Developmental Biology Institute 소속 Frank Schnorrer 박사와 University of Münster의 Carsten Grashoff 교수가 함께 연구했다. 본 연구논문은 PLOS 저널에 게재되었다.


인테그린 기반의 부착 (integrin-based adhesions)은 동물 세포의 힘 감지 구조가 기계적인 힘을 느끼고 저항을 할 수 있게 하는 중요한 역할을 담당한다. 세포 표면에 위치한 인테그린 수용체는 이와 같은 구조의 매우 중요한 구성요소로써, 세포 바깥 환경을 탐지하는 역할을 수행한다. 탈린의 한쪽 끝에는 이 인테그린 수용체가 연결되어 있으며, 반대쪽 끝은 수축성 액틴-미오신 세포 골격에 결합되어 있기 때문에 탈린은 분자 에너지를 처리하는 데 완벽한 위치에 있다. 연구팀은 분자 에너지를 조사하기 위해 단백질 탈린에 형광 힘 센서를 삽입했다.


초기 연구에 따르면, 세포가 단단한 플라스틱이나 유리 위에 위치했을 때 탈린 분자의 70% 이상이 Focal adhesions이라고 불리는 강한 힘에 노출된 것으로 나타났다. 그 때문에 탈린 분자의 15% 미만이 유기체 내에서 근육 부착을 만들어내는 동안 측정이 가능할 정도의 힘을 느낀다는 것은 예상 밖의 놀라운 결과라고 연구팀은 말했다. 이는 힘줄 세포에 연결된 근육이 실험실의 딱딱한 플라스틱 환경보다 부드러운 환경에서 있다는 점이 실험 결과에 매우 중요하게 작용한다는 뜻을 의미한다.


연구팀은 분자유전법을 사용하여 초파리의 비행 근육에 존재하는 탈린 분자 개수를 의도적으로 줄이는 연구는 수행했다. 그 결과, 파리가 생존하는 데에는 문제가 없었으나 비행을 시도하는 경우, 근육-힘줄 간의 연결이 파열되어 더 이상 날 수 없는 상태가 되었다. 이는 근육-힘줄 연결이 일생 동안 지속되기 위해서는 세포 간의 연결이 각 조직의 필요에 맞게 동적으로 적응해야 한다는 결과를 보여준다.


관련연구자: Frank Schnorrer et al.

관련기관: Developmental Biology Institute at Aix-Marseille University, University of Munster

본문키워드(한글): 근육, 힘줄, 액틴, 미오신, 단백질, 부착, 탈린, 수축 체인

본문키워드(영문): muscle, tendon, actin, myosin, protein, attachment, Talin, contractile chains

국가: 프랑스

원문출판일: 2019-04-05

출처: https://phys.org/news/2019-04-muscle-tendon-lifetime.html