상하이방

올해의 노벨상⑥
노벨 생리 의학상 안겨준 ‘자가포식의 원리’

노벨 생리 의학상
10월 3일, 카롤린스카 의과대학교 노벨총회는 올해의 노벨 생리학상 수상자로 일본의 오스미 요시노리를 지명했다. 현재 도쿄공업대학의 명예 교수인 오스미 요시노리는 자가포식(autophagy) 현상의 작동원리를 밝혀 낸 공로를 인정받아 노벨 생리 의학상을 수상하게 되었다.

자가포식이란?
몸 안에 여러 장기들이 제 각각의 역할을 해내듯이, 세포 안에도 서로 다른 역할을 맡은 구조인 소기관 (organell)들이 있다. 그 중 하나가 리소좀(lysosome) 이다. 리소좀은 한 겹의 얇은 막으로 구성되어 있고, 내부에는 70여 가지 분해 효소들이 고농도로 함유되어 있다. 리소좀은 이 효소들로 쓸모 없는 단백질, 손상된 소기관들 등을 소화하는 마치 폐기물 처리장과 같은 존재이다. 하지만 0.1~1.2 마이크로 미터밖에 안 되는 리소좀이 어떻게 자신보다 큰 소기관들을 소화시키는 것일까? 세포가 거대한 소기관들을 리소좀으로 보내는 이 ‘전략’이 바로 자가포식이다. 세포는 우선 운송 주머니인 소포(vesicle)으로 분해할 내용물들을 감싸고, 그 소포를 리소좀과 융합시킴으로써 소포 안에 있는 내용물을 효소에 노출시킨다. 자가포식에 쓰이는 소포는 두 겹의 막을 가지고 있는 특별한 소포로 자가포식소체라고 한다.

효모 세포를 이용한 연구
오스미 요시노리는 1990년대부터 효모 세포를 이용해 자가포식을 연구해왔다. 빵 반죽에 넣는 이스트와 같은 효모 세포는 작고, 세포 내부의 구조가 비교적 간단하기 때문에 연구하기가 쉽다. 하지만 인체 세포의 모형으로 사용되려면 효모 세포에도 자가포식 현상이 관찰되어야 한다. 오스미는 소화 효소가 없는 돌연변이 효모 세포를 굶겨 자가포식을 유도했다. 그러자 세포 안에는 분해되지 않은 자가포식소체가 축적되었다. 곧 효모 세포에도 자가포식 현상이 일어난다는 것이다. 그 후에, 그는 화학적 방법으로 효모의 유전자를 임의로 변이시킨 후 자가포식이 일어나는지 관찰하는 방법으로 자가포식을 담당하는 유전자를 찾아냈다. 이어서, 자가포식을 유도하는 단백질을 연구함으로써 오스미는 환경요인들이 자가포식을 유도하는 과정을 밝혀냈다.

자가포식 연구의 가치
자가포식은 기아와 감염 등 외부의 스트레스에 반응하는데 필수적이다. 영양분이 부족하면 세포는 불필요한 잔여물을 재활용해 생리 활동의 재료로 써야 하고, 병원체의 침입이 있을 경우 역시 자가포식으로 이들을 분해해야 한다. 만약 자가포식이 원활하게 이루어지지 못하면 2형 당뇨병, 파킨슨병 등 질병에 걸릴 수 있다. 현재 이러한 질병들의 치료약이 자가포식을 그 원리로 개발되고 있다. 자가포식은 1965년에 처음 발견되어 50년 넘게 연구되었지만, 오스미의 연구로 인해 자가포식 연구는 새로운 빛을 보았다.

고등부 학생기자 신동주(상해중학 11)