모두 알다시피 운동을 많이 하면 근육이 늘어나고 운동능력이 향상되는 것을 알고 있다. 그런데 여러가지 운동 중에 점프를 하는 운동을 많이 하게 되면 단순히 근육만 발달하는게 아니고 힘줄도 더 강해진다. 그동안 어떻게 힘줄이 가해지는 힘에 적응하여 튼튼해지는지 그 기작은 잘 알려져 있지 않았다.

이 문제를 해결하기 위해 취리히에서 연구하던 Fabian Passini는 힘줄세포(tenocyte)라는 세포가 힘줄안에 위치하고 있어 힘줄에 가해지는 힘에 반응한다는 사실을 밝혀냈다. 힘줄세포에 존재하는 이온채널 겸 기계적수용기 역할을 하는 단백질(PIEZO1)을 찾아냈고, 그 유전자를 knockout시킨 생쥐를 조사해본 결과 꼬리에 연결된 힘줄이 약하다는 사실을 알아냈다. 이와는 반대로 PIEZO1을 활성화시키는 물질을 쥐에 처리하거나 Piezo1을 보다 잘 반응하도록 만든 기능획득 돌연변이 유전자(gain-of-function mutant)를 넣은 생쥐의 경우 튼튼한 힘줄을 갖게 된다는 사실을 알 수 있었다.

이어진 연구에서 PIEZO1은 신장력에 반응하여 칼슘에 대한 통로가 열리도록 하여 세포내 신호를 생성하고 그 결과로 콜라겐을 서로 연결하는 유전자를 발현시키거나 콜라겐 생산 자체를 증가시킨다는 사실을 알아냈다.  즉, 더 강한 힘줄이 되도록 한다.

Piezo1의 gain-of-function mutant는 일부 사람들에게서도 발견된다. 특히 아프리카계 미국인에서 많이 발견되며, 이 돌연변이를 가진 사람들은 평균적으로 더 높이 점프할 수 있다는 사실을 알아냈다. 이 논문의 말미에 "만약 정상급 체육인 중에서 이런 돌연변이를 가지고 있는지 알아보면 재미있을 것 같다.”고 첨부하였다.

이 논문이 아프리카계 인종의 뛰어난 운동능력을 설명해줄 수도 있을 것 같다. 하지만 논문에서도 나와 있듯이 점프력 자체에는 영향이 없었다. 다만 힘줄의 탄력을 이용한 점프력이 증가했다. 즉, 보편적인 운동능력은 여러 가지 요인이 있기 때문에 쉽게 결론 내리기는 어려울 듯하다. 한가지 염려스러운 것은 PIEZO1의 인위적인 자극이 힘줄을 튼튼하게 만들 수 있는지 여부인 것 같다. 만약 그렇다면 새로운 종류의 약물이 도핑테스트에 첨가되어야 하는게 아닐까?

<English version>

Does genetics determine one's jumping ability? As everyone knows, exercising frequently can increase muscle mass and improve athletic ability. However, if one engages in exercises that involve jumping, not only do the muscles develop, but the tendons also become stronger. Until now, the mechanism of how tendons adapt and become stronger in response to the force applied to them was not well understood.

To address this issue, Fabian Passini, a researcher from Zurich, discovered that a type of cell called tenocytes, which are located within tendons, respond to the forces applied to tendons. He identified a protein called PIEZO1, which serves as an ion channel and mechanoreceptor in tenocytes. By studying mice with the PIEZO1 gene knocked out, he found that their tendons attached to their tails were weaker. Conversely, mice treated with substances that activate PIEZO1 or with a gain-of-function mutant of the PIEZO1 gene had stronger tendons.

Further research revealed that PIEZO1 responds to stretching forces by opening calcium channels, generating intracellular signals, and subsequently inducing the expression of genes that connect collagen or increase collagen production, resulting in stronger tendons.

The gain-of-function mutant of PIEZO1 has also been found in some people, especially in African Americans. Those with this mutation are known to be able to jump higher on average. The authors of this study attached a note at the end of the paper stating, "It would be interesting to see if any top class athletes have this mutation."

This paper could explain the superior athletic ability of African Americans. However, as stated in the original paper, it had no impact on the actual jumping ability itself. Instead, the jumping ability increased only when using the elasticity of the tendons. Therefore, it seems difficult to easily draw conclusions about universal athletic ability as there are various factors. I wondered one thing is whether artificial stimulator of PIEZO1 can make tendons stronger. If so, it may need to add a new type of drug to the list of doping tests.

 

<이글은 다음 기사를 토대로 작성한 것이다>

Offord C, 2021, Mechanosensory protein helps tendons stiffen after exercise. TheScientist, Sep 1, 2021.

F.S. Passini et al., “Shear-stress sensing by PIEZO1 regulates tendon stiffness in rodents and influences jumping performance in humans,” Nat Biomed Eng, doi:10.1038/s41551-021-00716-x, 2021.