노벨 생리의학상 英美과학자 3명…산소농도와 세포대사 규명
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노벨 생리의학상 英美과학자 3명…산소농도와 세포대사 규명
  • 최경주 기자
  • 승인 2019.10.07 22:45
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윌리엄 케일린 주니어‧피터 래트클리프‧그레그 세먼자 선정
산소 부족시 암세포 키우는 유전자 규명…치료제 개발길 열어
2019년 노벨 생리의학상 공동수상자 세 명의 모습. 왼쪽부터 그레그 세멘자 미국 존스홉킨스 의대 교수, 피터 래트클리프 영국 옥스포드대 교수, 윌리엄 케일린 미국 하버드 의대 교수.

올해 노벨 생리의학상은 체내 산소 농도가 세포대사와 생리기능에 어떤 영향을 미치는지 규명해 암, 빈혈 등의 질병을 치료할 수 있는 길을 제시한 3명의 미국과 영국의 연구자에게 돌아갔다.

7일(현지시간) 스웨덴 카롤린스카의대 노벨위원회는 윌리엄 케일린 주니어(62) 미국 하버드대 교수와 피터 래트클리프(65) 영국 옥스퍼드대 교수, 그레그 세먼자(63) 미국 존스홉킨스대 교수 등 3명을 수상자로 선정했다고 발표했다.

산소는 세포가 살아가는데 매우 중요한 요소다. 세포 내에서 영양소를 에너지로 변화시키는 산소가 부족하면 질병이 생긴다. 빈혈과 암은 산소의 양과 가장 깊은 연관성을 갖는 질병 가운데 하나다.

수상자들은 이러한 질환과 연관된 핵심 유전자 단백질 ‘HIF’(저산소 유발인자) 등의 역할을 규명했다. 이들은 산소농도가 낮을 때 세포가 적응하는 과정에서 HIF가 중요한 역할을 한다는 사실을 확인했다.

빈혈은 산소가 부족하면 생긴다. 산소가 부족해지면 우리 몸은 호르몬 적혈구 생성인자(EPO)를 발생시켜 산소를 운반하는 적혈구를 증가시킨다. 이미 20세기 초에 잘 알려진 내용이지만 이 과정이 어떻게 산소에 의해 제어되는 지는 늘 의문이었다.

그래그 세먼자는 EPO가 산소량 수준에 따라 어떻게 조절되는 지를 연구했다. 또 디엔에이(DNA)에 결합하는 단백질 복합체 HIF를 발견했다. HIF는 HIF-1a와 ARNT로 명명된 전사인자 2개의 결합 단백질로 구성된 전사인자다.

피터 래트클리프는 산소에 의존적인 EPO 유전자의 조절을 연구했다. 산소량이 많을 때는 세포에 HIF-1a가 거의 없지만 산소량이 적을 땐 HIF-1a가 증가했다. 산소가 부족하면 세포가 죽을 수 밖에 없지만 HIF-1a가 많아지면서 세포를 살리는 작용을 한다.

이는 HIF-1a가 필요한 산소를 얻기 위해 적혈구 생성을 늘리거나 새로운 혈관을 만들기 때문이다. 적혈구가 늘면 산소가 많아져 많은 세포들이 살 수 있다. 또 빠른 분열로 점점 산소가 고갈되는 암세포는 새로운 혈관을 통해 산소와 영양분을 공급받을 수 있다.

따라서 HIF 억제를 통한 암 치료에 대한 기대도 생기게 됐다. 케일린은 HIF-1a를 분해하는 폰 힙펠-린도우병(VHL) 작용기전을 규명했다.

케일린은 VHL 유전자가 암을 막는 단백질로 변할 수 있음을 발견했다. 동시에 케일린과 래트클리프는 이러한 VHL과 HIF-1a의 상호작용을 규명했다. 정상 산소 수준에서 HIF-1a의 2개 부위에 화학 작용기인 히드록시기(Hydroxyl groups)가 붙으면 VHL에 의해 HIF-1a가 분해된다는 메커니즘이다.

즉, 이들 수상자 3인의 연구로 산소량에 따른 세포의 작용과 질병으로 전환되는 것을 막을 수 있는 원리 등이 밝혀진 것이다.

케일린은 미국 뉴욕에서 태어나 듀크대 메디컬스쿨을 나와 존스홉킨스대학에서 수련의를 거쳤다. 2002년부터 하버드대 메디컬스쿨 교수로 재직 중이다.

세먼자는 뉴욕 출신으로 하버드대 생물학과를 졸업한 뒤 펜실베이니아대학(유펜)에서 약학박사 학위를 취득했다. 이후 존스홉킨스대학 약학대 교수로 재직 중이며, 이 대학 셀 엔지니어링연구소 소장을 맡고 있다.

래트클리프는 영국 랜커셔 출신으로 캠임브리지대학에서 약학을 전공한 후 지난 1996년부터 옥스퍼드대학 교수로 재직하고 있다.


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