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노벨상 수상한 '산소농도와 세포반응'에 대한 연구, 왜 중요할까?

기사승인 2019.10.10  18:03:52

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지난 7일 스웨덴 카롤린스카 노벨위원회는 노벨생리의학상 수상자로 윌리엄 케일린 미국 하버드대 교수, 그레그 세멘자 미국 존스홉킨스대 교수, 그리고 피터 랫클리프 영국 옥스퍼드대 교수를 선정했다.

세명의 공동 수상자는 '산소 농도에 따른 세포 반응'을 연구한 것으로 알려졌는데 빈혈이나 일부 암 등이 산소의 양과 관련이 있다는 연구는 20세기부터 있었다. 하지만 그 과정이 어떻게 산소에 의해 제어되는지, 또 세포가 산소 농도 변화에 어떻게 적응하는지는 의문으로 남아 있었다.

인간은 산소를 이용해 신진대사를 하는데 쉬운 예로 산에 올라가거나 운동을 할 때는 산소 농도가 떨어지고 신진대사도 영향을 받게 되며 이런 산소농도의 변화는 구토나 두통, 저산소증으로 이어질 수 있다. 세 사람의 연구는 이런 인간의 기본적인 신진대사에 관련된 산소 농도와 세포 수준의 반응을 구체적으로 설명한 것으로 이를 바탕으로 산소농도를 활성화하거나 차단할 수 있는 약물을 개발한다면 산소량에 따라 발생하는 빈혈과 일부 암과 같은 질병 치료에 획기적인 도움을 줄 수 있게 된다.

해당 연구를 이해하기 위해서는 적혈구 생성에 필수적인 인자인 에리스로포이에틴(EPO, Erythropoietin), 저산소증 유발인자(HIF, hypoxia-inducible factor), 종양질환의 일종인 본히펠린다우증후군(VHL)과 같은 다소 생소한 단어들에 대한 설명이 필요하다.

존스 홉킨스 대학의 그레그 세멘자 교수는 산소가 부족할 때 인체는 EPO를 발생시켜 산소를 운반하는 적혈구가 증가되는데 어떤 인자가 이에 관여하는지에 대해 설명했다. 세멘자 교수는 해당 인자를 HIF라고 명명했으며 HIF는 HIF-1α와 ARNT라는 DNA-결합 단백질로 구성된 것으로 EPO 발생 과정에서 매개체로 작용한다는 것을 알아냈다.

옥스퍼드 대학의 피터 랫클리프 교수는 간세포나 신장에서 만들어진다고 알려진 EPO가 사실 신체 거의 모든 부분에 존재하며 따라서 HIF 메커니즘이 다른 세포 유형에서도 기능한다는 사실을 보여주었다.

하버드 대학의 윌리엄 케일린 교수는 VHL유전자가 변형되어 발생한 암세포들이 비정상적으로 높은 수준의 HIF를 발현시킨다는 사실을 밝혀냈는데 이는 VHL이 물리적으로 HIF-1α와 상호 작용을 하며 저산소증에 대한 반응 조절에 관여한다는 것을 보여준 중요한 단서였다.

이런 연구들로 인해 산소농도와 세포의 반응에 대한 많은 의문이 해소되었으며 케일린, 랫클리프 교수는 추가적으로 HIF-a 단백질에 존재하는 산소-감지 효소인 '프롤릴 하이드록실리아제'를 발견하고 이 효소가 어떻게 분해를 조절하는지를 구체적으로 설명했다.

노벨위원회는 “해당 수상자들이 산소 농도가 세포 대사 및 생리 기능에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 기초를 확립했다”며 “이 발견으로 빈혈이나 암 등 많은 질병과 싸울 수 있는 새로운 길을 열었다”고 평가했다.

임웅 기자 wlim@docdocdoc.co.kr

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