미시간 주립대학교 연구진이 정자의 에너지 분출을 조절하는 분자 ‘스위치’를 발견했습니다. 이 스위치는 정자가 난자에 접근할 때 운동성을 빠르게 높입니다. 연구진은 이번 발견이 수정에 대한 이해를 넓히고, 안전한 비호르몬성 남성 피임법 개발에 새로운 방향을 제시할 수 있다고 보고 있습니다.
이번 연구 결과는 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재되었습니다.
정자는 수정 전에 ‘에너지 폭발’을 경험합니다
연구팀은 포유류 정자가 사정 전에는 대체로 비교적 낮은 에너지 상태에 있다는 사실을 발견했습니다. 그러나 여성 생식관 안으로 들어가면 정자는 다음과 같은 여러 변화를 빠르게 겪습니다.
헤엄치는 속도가 크게 증가함
난자에 결합할 준비를 하면서 정자 외막의 구조가 변화함
이러한 변화가 일어나려면 세포가 짧은 시간에 에너지 생산을 크게 늘려야 합니다.
교신저자인 미시간 주립대학교 생화학·분자생물학과 조교수 멜라니 발바흐는 다음과 같이 말했습니다. “정자 대사는 매우 특수화되어 있습니다. 수정에 필요한 충분한 에너지를 만드는 하나의 목표에 거의 전적으로 집중되어 있습니다.”
발바흐 교수는 많은 세포가 다양한 조건에서 저에너지 상태에서 고에너지 상태로 빠르게 전환한다며, 정자가 이러한 대사 재프로그래밍을 연구하기에 이상적인 모델이라고 설명했습니다.
정자가 포도당을 사용하는 방식 추적
연구팀은 정자의 에너지 폭발이 어디에서 비롯되는지 확인하기 위해 중요한 연료 분자인 포도당을 정자가 어떻게 사용하는지 추적하는 방법을 개발했습니다.
정자는 주변 환경에서 포도당을 흡수하고 일련의 대사 반응을 통해 이를 사용 가능한 에너지로 전환합니다. 연구진은 포도당 분자에 표지를 붙이고 세포 안에서 대사 경로를 추적해 정자 에너지 생산의 상세한 지도를 만들었습니다.
발바흐 교수는 이 과정을 자동차의 경로를 추적하는 일에 비유했습니다. “자동차 지붕을 선명한 분홍색으로 칠한 다음 드론으로 교통 속에서 그 차를 따라가는 것과 같습니다.”
그녀는 활동 중인 정자에서 연구진이 ‘표지된 연료’가 대사 경로를 훨씬 빠르게 이동하고, 에너지 전환을 완료하기 위해 특정 경로를 따르는 것을 관찰했다고 설명했습니다.
핵심 효소 알돌레이스가 에너지 방출을 촉진합니다
이번 연구에서 알돌레이스라는 효소가 정자 에너지 대사에서 핵심적인 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 알돌레이스는 포도당을 에너지 생산에 사용되는 분자로 분해해 정자가 빠르게 움직이는 데 필요한 힘을 공급합니다.
동시에 정자는 활동을 시작하면 저장된 에너지 비축분도 사용합니다. 다른 효소들은 ‘교통 관제자’처럼 작용해 연료가 다양한 대사 경로를 따라 흐르는 방식을 조절하고 에너지 생산 효율에 영향을 미칩니다.
연구팀은 미시간 주립대학교 질량분석·대사체학 핵심시설을 비롯한 연구 자원을 활용해 정자가 수정에 필요로 하는 다단계 고에너지 대사 과정을 최종적으로 지도화했습니다.
비호르몬성 남성 피임의 새로운 접근법
연구진은 이번 발견이 생식의학에 여러 가지 시사점을 준다고 밝혔습니다.
전 세계적으로 약 여섯 명 중 한 명이 난임을 경험합니다. 정자 에너지 대사를 연구하면 새로운 진단 도구를 개발하고 보조생식술을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.
이번 발견은 남성 피임법 개발에도 새로운 방향을 제시할 수 있습니다.
발바흐 교수는 지금까지 남성 피임 연구의 상당 부분이 정자 생성을 억제하는 데 초점을 맞췄다고 설명했습니다. 이 접근법은 즉각적인 피임 효과가 없다는 점을 비롯해 여러 한계가 있으며, 많은 방법이 심각한 부작용을 일으킬 수 있는 호르몬 개입에 의존합니다.
반면 정자 에너지 대사를 억제하면 정자 생성에는 영향을 주지 않으면서 정자 기능을 일시적으로 낮출 수 있습니다.
그녀는 다음과 같이 말했습니다. “정자 대사를 조절하는 핵심 효소를 안전하게 표적화할 수 있다면, 필요할 때 정자 기능을 일시적으로 억제하는 비호르몬성 피임법을 개발할 수 있을 것입니다.”
남성의 생식 선택지 확대
연구진은 향후 연구에서 이 기전을 인간 정자에 적용할 수 있다면, 남성에게 생식 관리를 위한 더 많은 선택지를 제공할 수 있을 것으로 보고 있습니다.
발바흐 교수는 현재 전 세계 임신의 약 절반이 계획되지 않은 임신이라며, 남성 피임 선택지를 확대하는 것이 중요하다고 말했습니다.
그녀는 다음과 같이 말했습니다. “이는 남성이 생식에 관한 결정을 내릴 때 주도권을 더 많이 갖게 할 뿐 아니라, 현재 주로 여성이 부담하고 호르몬이 관여하는 경우가 많은 피임의 부작용도 줄일 수 있습니다.”
연구팀은 정자가 에너지 수요를 충족하기 위해 포도당과 과당 같은 다양한 연료원을 사용하는 방식을 계속 조사하고, 인간 정자에서 이러한 기전을 추가로 검증할 계획입니다.
뉴스 | 정자에너지의 ‘스위치’ 발견, 남성 피임 발전에 새로운 가능성
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이번 연구 결과는 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재되었습니다.
정자는 수정 전에 ‘에너지 폭발’을 경험합니다
연구팀은 포유류 정자가 사정 전에는 대체로 비교적 낮은 에너지 상태에 있다는 사실을 발견했습니다. 그러나 여성 생식관 안으로 들어가면 정자는 다음과 같은 여러 변화를 빠르게 겪습니다.
헤엄치는 속도가 크게 증가함
난자에 결합할 준비를 하면서 정자 외막의 구조가 변화함
이러한 변화가 일어나려면 세포가 짧은 시간에 에너지 생산을 크게 늘려야 합니다.
교신저자인 미시간 주립대학교 생화학·분자생물학과 조교수 멜라니 발바흐는 다음과 같이 말했습니다. “정자 대사는 매우 특수화되어 있습니다. 수정에 필요한 충분한 에너지를 만드는 하나의 목표에 거의 전적으로 집중되어 있습니다.”
발바흐 교수는 많은 세포가 다양한 조건에서 저에너지 상태에서 고에너지 상태로 빠르게 전환한다며, 정자가 이러한 대사 재프로그래밍을 연구하기에 이상적인 모델이라고 설명했습니다.
정자가 포도당을 사용하는 방식 추적
연구팀은 정자의 에너지 폭발이 어디에서 비롯되는지 확인하기 위해 중요한 연료 분자인 포도당을 정자가 어떻게 사용하는지 추적하는 방법을 개발했습니다.
정자는 주변 환경에서 포도당을 흡수하고 일련의 대사 반응을 통해 이를 사용 가능한 에너지로 전환합니다. 연구진은 포도당 분자에 표지를 붙이고 세포 안에서 대사 경로를 추적해 정자 에너지 생산의 상세한 지도를 만들었습니다.
발바흐 교수는 이 과정을 자동차의 경로를 추적하는 일에 비유했습니다. “자동차 지붕을 선명한 분홍색으로 칠한 다음 드론으로 교통 속에서 그 차를 따라가는 것과 같습니다.”
그녀는 활동 중인 정자에서 연구진이 ‘표지된 연료’가 대사 경로를 훨씬 빠르게 이동하고, 에너지 전환을 완료하기 위해 특정 경로를 따르는 것을 관찰했다고 설명했습니다.
핵심 효소 알돌레이스가 에너지 방출을 촉진합니다
이번 연구에서 알돌레이스라는 효소가 정자 에너지 대사에서 핵심적인 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 알돌레이스는 포도당을 에너지 생산에 사용되는 분자로 분해해 정자가 빠르게 움직이는 데 필요한 힘을 공급합니다.
동시에 정자는 활동을 시작하면 저장된 에너지 비축분도 사용합니다. 다른 효소들은 ‘교통 관제자’처럼 작용해 연료가 다양한 대사 경로를 따라 흐르는 방식을 조절하고 에너지 생산 효율에 영향을 미칩니다.
연구팀은 미시간 주립대학교 질량분석·대사체학 핵심시설을 비롯한 연구 자원을 활용해 정자가 수정에 필요로 하는 다단계 고에너지 대사 과정을 최종적으로 지도화했습니다.
비호르몬성 남성 피임의 새로운 접근법
연구진은 이번 발견이 생식의학에 여러 가지 시사점을 준다고 밝혔습니다.
전 세계적으로 약 여섯 명 중 한 명이 난임을 경험합니다. 정자 에너지 대사를 연구하면 새로운 진단 도구를 개발하고 보조생식술을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.
이번 발견은 남성 피임법 개발에도 새로운 방향을 제시할 수 있습니다.
발바흐 교수는 지금까지 남성 피임 연구의 상당 부분이 정자 생성을 억제하는 데 초점을 맞췄다고 설명했습니다. 이 접근법은 즉각적인 피임 효과가 없다는 점을 비롯해 여러 한계가 있으며, 많은 방법이 심각한 부작용을 일으킬 수 있는 호르몬 개입에 의존합니다.
반면 정자 에너지 대사를 억제하면 정자 생성에는 영향을 주지 않으면서 정자 기능을 일시적으로 낮출 수 있습니다.
그녀는 다음과 같이 말했습니다. “정자 대사를 조절하는 핵심 효소를 안전하게 표적화할 수 있다면, 필요할 때 정자 기능을 일시적으로 억제하는 비호르몬성 피임법을 개발할 수 있을 것입니다.”
남성의 생식 선택지 확대
연구진은 향후 연구에서 이 기전을 인간 정자에 적용할 수 있다면, 남성에게 생식 관리를 위한 더 많은 선택지를 제공할 수 있을 것으로 보고 있습니다.
발바흐 교수는 현재 전 세계 임신의 약 절반이 계획되지 않은 임신이라며, 남성 피임 선택지를 확대하는 것이 중요하다고 말했습니다.
그녀는 다음과 같이 말했습니다. “이는 남성이 생식에 관한 결정을 내릴 때 주도권을 더 많이 갖게 할 뿐 아니라, 현재 주로 여성이 부담하고 호르몬이 관여하는 경우가 많은 피임의 부작용도 줄일 수 있습니다.”
연구팀은 정자가 에너지 수요를 충족하기 위해 포도당과 과당 같은 다양한 연료원을 사용하는 방식을 계속 조사하고, 인간 정자에서 이러한 기전을 추가로 검증할 계획입니다.
기사 출처:
온라인 수집 자료