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노벨생리의학상 과학자들, 호흡 복잡성 규명하고 빈혈·암 치료 길 열어

올해 노벨 생리의학상은 인체를 비롯한 유기체가 산소의 변화에 어떻게 반응하는지를 규명한 3명의 의과학자에게 돌아갔다.

스웨덴 카롤린스카 의대 노벨위원회는 7일(현지시간) 2019년 노벨 생리의학상 수상자로 윌리엄 케일린(62, William G. Kaelin Jr.) 미국 하버드대 데이나파버 암연구소 교수와 피터 랫클리프(65, Sir Peter J. Ratcliffe) 영국 프랜시스크릭연구소 교수, 그레그 서멘자(63, Gregg L. Semenza) 미국 존스홉킨스대 교수를 선정했다고 발표했다.

2019년 노벨 생리의학상 수상자에 선정된 3명의 의과학자들은 유기체에서 산소가 어떤 기능을 하는지에 대한 인류의 이해를 높이는 데 혁혁한 공을 세웠다. 유기체 내에서 산소의 양에 따라 세포가 어떤 변화를 겪는지는 수백년 동안 규명되지 않았다.

올해 노벨 생리의학상 수상자들은 유기체 내 세포가 산소 공급에 따른 변화를 어떻게 받아들이는지 분자 수준에서 메커니즘을 규명했다. 인간과 동물세포가 생존에 필수적인 가용 산소의 변화를 알아차리고 이에 적응하는 경로를 발견한 것이다. 이를 통해 빈혈과 암을 포함한 다양한 질병들을 치료할 수 있는 길을 연 것으로 평가된다. 

연구진이 확립한 것은 ‘산소 가용성(Oxygen Availability)’이라는 개념이다. 인간이나 동물은 호흡을 통해 얻은 산소를 섭취한 음식과 함께 에너지로 변환하는 데 활용한다. 산소 수치는 격렬한 운동을 하거나 고도가 높은 곳에 있을 때, 그리고 상처가 났을 때 등 여러 경우에 따라 다르게 나타난다. 산소 농도가 떨어지면 세포는 신진 대사에 빠르게 적응해야 한다. 인체의 산소 감지 능력은 새로운 적혈구의 생성 또는 새로운 혈관의 생성으로 이어진다. 이러한 인체의 산소 가용성을 이해하면 암이나 빈혈 등 난치성 질환의 치료법을 개발할 수 있다.

수상자들은 이미 생명과학 분야의 노벨상으로 평가받는 래스커 상을 2016년에 수상한 바 있다. 3명의 수상자는 생명체에서 일상적으로 일어나는 산소 호흡의 복잡성을 면밀히 연구했다. HIF-1(hypoxia-inducible factor 1)이라는 유전자가 저산소 환경에서 인체가 어떻게 적응하는지를 돕는 과정을 규명하고 산소 및 호흡과 깊은 연관이 있는 빈혈 및 암을 치료하는 방법을 연구했다. 이현숙 서울대 생명과학부 교수는 “케일린 교수를 비롯한 수상자들은 2016년 래스커상 수상 때부터 노벨상 수상은 시간 문제였다”고 말했다.

수상자들이 연구한 HIF-1 유전자는 전사인자 단백질이다. DNA에 붙어 유전자 발현을 조절하는 RNA를 만들어낸다. HIF-1은 저산소 환경에서 발현이 증가한다고 붙여진 이름이다. 산소가 정상적으로 체내에 있을 때 HIF-1은 분해가 돼서 없어지지만 저산소 환경에 놓이면 분해를 시키지 못하고 농도가 갑자기 증가한다. 세포가 저산소 환경에 놓이면 세포가 죽는데 HIF 농도가 증가하면서 세포 내 산소 수준을 안정화시킨다.

혈액 내 산소 호흡과 직접 관련있는 빈혈을 포함해 HIF는 암 치료에서도 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 세포가 빠르게 증식하는 암세포의 경우 암세포에 산소를 공급하는 혈관 덩어리가 둘러싸는 모양새다. 종양이 커지면 안쪽 종양세포들은 산소를 제대로 공급받지 못하는 경우가 생기는데 이 때 HIF-1 유전자 농도가 커지는 것이다. 종양 안쪽 깊은 곳에서 발현되는 HIF-1 유전자를 조절하면 종양세포의 중심부가 저산소 환경에 놓이게 되며 암세포 전이를 막을 수 있는 것이다.

이현직 서울대 수의대 연구원은 “HIF가 다양한 세포 생리학적 기전을 조절한다는 사실을 규명했다는 점에서 수상자들의 업적은 의미가 크다”며 “현재 줄기세포 치료제 연구에도 HIF 유전자 발현을 적용하고 있다”고 말했다. 

이현숙 교수는 “종양이 생기면 산소 투과가 안되면서 저산소증(Hypoxia)가 일어나는데 수상자들이 관련 연구를 수행하며 종양억제인자도 발견하는 등 성과를 냈다”며 “저산소 환경에서는 항암제 치료도 어려운데 수상자들의 연구성과로 저산소 환경에서 암세포 거동을 연구할 수 있게 됐다”고 말했다.

윌리엄 케일린 하버드의대 교수는 11월 7일부터 서울 용산구 드래곤시티호텔에서 열리는 대한종양내과학회(KSMO 2019)에 발표자로 나선다. 수상자들은 노벨위원회로부터 수상 소식을 듣고 말을 잇지 못할 정도로 기뻐했다.

올해 노벨 과학상 발표는 7일 생리의학상 발표를 시작으로 8일 물리학상, 9일 화학상으로 이어진다. 노벨재단위원회는 올해 노벨상 수상자들에게 900만 스웨덴크로나(약 10억 9200만원)의 상금과 메달, 증서를 수여한다. 시상식은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름(생리의학·물리·화학·경제학상)과 노르웨이 오슬로(평화상)에서 열린다.

출처: http://dongascience.donga.com/news.php?idx=31601

모든 질병 치료에 한걸음…노벨상, 산소와 인간세포 관계 규명

사람이 숨을 쉬고 살아가는데 필수적인 산소와 그 농도에 따라 사람 세포가 어떻게 적응하는지 규명하고, 인류의 질병 연구에 기여한 미국 과학자 2명과 영국 과학자 1명에게 올해 노벨 생리의학상이 돌아갔다. 미국은 3년 연속, 영국은 5년 만에 수상자를 배출했다.

올해 노벨 생리의학상 수장자는 윌리엄 케일린 주니어와 피터 래트클리프 경(卿), 그레그 세먼자 등 3명이다. 케일린과 세먼자는 미국에서 태어났고, 래트클리프는 영국 태생이다.

스웨덴 카롤린스카의대 노벨위원회는 2019년 10월 7일(현지시간) 공식 트위터와 유튜브 채널을 통해 세포가 산소의 가용성을 감지하고 적응하는 방식을 발견한 공로로 세 과학자를 노벨 생리의학상 수상자로 선정했다고 발표했다.

동물은 산소를 이용해 음식을 에너지로 바꾼다. 그러나 세포가 산소 농도에 따라 어떻게 변화를 일으키고 적응하는지는 미지의 영역이었다. 세 명의 과학자는 세포가 산소 농도에 적응할 때 'HIF-1' 유전자가 핵심적인 역할을 하는 것을 규명했다.

전사인자 단백질인 'HIF-1' 유전자는 DNA에 붙어서 유전자가 발현하는 증상을 조절하는 RNA를 만든다. 산소가 부족할 때 발현하는 특성 때문에 붙여진 이름이다.

노벨위원회는 이 연구가 사람이 생존하는데 가장 필수적인 적응 과정을 과학적으로 입증하는 길을 열었다고 평가했다. 이는 인류가 산소 농도에 따른 세포 신진대사와 생리적 기능을 이해하면 앞으로 빈혈과 암, 각종 질병 치료를 위한 새로운 치료법 개발에도 영향을 미칠 것으로 전망되기 때문이다.

유수종 서울대병원 소화기내과 교수에 따르면 산소는 생명체가 살아가는데 필수적이지만, 양날의 검과 같은 성질을 가지고 있다. 몸속에 들어온 산소는 대사 과정을 거치면서 활성산소를 배출할 수 있어서다. 때문에 산소가 몸에서 어떤 균형 상태를 유지하는지가 인체 건강에 중요한 영향을 미친다.

노벨위원회가 거론한 빈혈은 적혈구가 산소를 조직에 공급하는 역할을 제대로 하지 못할 때 발생하는데, 이 연구는 이를 극복할 디딤돌이 될 것으로 기대를 모은다. 이를테면 산소의 몸속 생체활동을 더 정확히 이해하면 빈혈을 치료할 때 혈액을 공급하는 치료법에도 변화가 생길 수 있다. 암 역시 몸에 산소가 부족한데도 증식하는 원인에 대해 그동안 잘 알지 못했는데, 이번 연구로 그 원인을 찾는데 속도가 붙을 전망이다.

유수종 교수는 "산소의 성질을 정확히 이해하는 것은 생체활동에 대한 연구 범위를 넓히는 효과를 가져올 수 있다"며 "그런 의미에서 빈혈과 암 같은 질병 연구가 한 단계 도약할 수 있다"고 전망했다.

그는 "국내에서도 관련 연구가 활발히 진행되고 있고 상당한 성과도 냈다"며 "젊은 의과학자들이 해외에 많이 진출하고 유능한 해외 과학자들과 네트워크를 구축한다면 기대 이상의 성과를 낼 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 수상자 케일린(62)은 미국 뉴욕에서 태어나 듀크대 메디컬스쿨을 나와 존스홉킨스대학에서 수련의를 거쳤다. 2002년부터 하버드대 메디컬스쿨 교수로 재직 중이다.

세멘자(63)는 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.

래트클리프(65)는 영국 랜커셔 출신으로 케임브리지대학에서 약학을 전공한 후 지난 1996년부터 옥스퍼드대학 교수로 재직하고 있다.

출처: http://news1.kr/articles/?3738211