2015 노벨화학상 수상자 토마스 린달, 폴 모드리치, 아지즈 산카르(Lindahl,Modrich,Sancar)

 

 

 

2015년 노벨 화학상을 수상한 토마스 린달, 폴 모드리치, 아지즈 산카르 박사

 

 

난자는 수정이 되면, 하나의 세포가 둘로, 두개의 세포는 네개로 그리고 여덟개로 계속 분열을 한다.

이렇게 1주일간 분열을 계속하면, 128개의 세포로 증가하고,

각 세포의 핵 속에는 세포의 청사진인 유전자가 들어 있다.

이 128개의 세포 속에 똘똘 말려 있는 DNA를 풀어 놓으면 약 300미터에 달하다.

 

이렇게 세포는 어른이 될 때까지 수 억만번의 분열이 지속되어서,

수 조(trillions) 에 달하는 모든 세포의 DNA의 길이가

지구와 태양을 250번 왕복할 수 있을 정도가 될 때까지 분열이 지속된다.

오랫동안 셀 수 없이 많이 세포분열을 하면서, 세포의 DNA 코드가 에러가 없이

정상적으로 복사과정이 순조롭게  지속된다는 사실은 참으로 경이롭기만 하다.

 

과학적인 측면으로 보면, 모든 화학작용은 늘 무작위로 에러가 발생할 가능성이 있기에,

이렇게 DNA가 수없이 거치는 복사과정에서도 에러의 발생률도 따라서 높아지게 되고,

더 나아가서 매일 방사선이나 자외선 혹은 불안전한 물질로 인해서

유전자에 문제가 발생할 여지는 더 높아지게 된다.

그러기에, 태아가 정상적으로 발달해서 정상적으로 태어나는 확률도 낮을 수 밖에 없다. 

 

2015년 노벨 화학상을 수상한 린달, 모드리치와 산카르 박사는

세포들이 수많은 분열 과정 중, 꼭 거쳐야 하는  DNA 복사과정이 수없이 반복되면서

자연적으로 혹은 자외선이나 방사선등 환경적인 요소때문에 에러가 발생해도,

세포 스스로 수정과 정정작업을 해서 

정상적인 세포 분열이 가능하게 하는지 각자의 연구를 통해서 밝혀내었다.

 

1963년에 크리크와 왓슨에 의해서 어렵사리 DNA 구조를 밝혀낸 후부터

1960년대 후반까지 대부분의 과학자들은 DNA 는 화학적으로 아주 안정된 물질로

쉽게 화학반응을 하지 않는다고 믿어 왔지만,

스웨덴 스톨홀름에 위치한 카롤린스카 연구소에서 활동하던 린달박사는

박테리아의 DNA 를 집중적으로 연구하면서 유전자는 여러가지 요인으로

손상될 여지가 많다는 것을 알아냈다.

 

DNA 를 이루는 4가지 베이스들

 

 

잘 알려졌듯이 DNA 코드는 사이토신(cytosine),  구아닌(guanine), 아드닌(adenine),

타이아민(tyamine) 이라고 불리우는 4가지의 베이스의 조합으로 이루어졌다.

정상적으로 C는 오직 G 와 조합하고, A 는 오직 T와 조합을 해서 다양한 코드를 만들어 낸다.

 

 

 

그런데 DNA 복사과정에서 때로는 C 가 아미노 그룹을 잃어버리는 경우가 발생하게 되는데,

그 결과는 정상적인 파트너인 G 대신에 A 와 조합이 이루어지게 되면서, 코드에 에러가 발생하게 되고

이렇게 손상된 유전자를 보유한 세포가 그 다음에 분열할 때는

돌연변이 세포가 만들어지는 것을 밝혀내었다.

린달박사는 이렇게  DNA가 여러가지 요인으로 손상될 상황에서도

세포 스스로 어떻게 자신을 보호하고, 수정을 하는지 1974년에 발표한 논문에서 자세히 분석했다.

 

 

잘못된 조합된 베이스 코드가 스스로 정정되는 과정

 

 

1980년대에 영국으로 건너간 린달은 클레어 홀 연구소 소장으로 부임해서

인간의 세포 분열 중에 어떻게 DNA 가 스스로 수정을 해서 정상적인 복사를 하는지 연구를 계속했다.

 

한편, 미국 달라스에 위치한 텍사스 대학에서 연구활동을 해 온 산카르 박사는

DNA 복사과정에서 자외선등 환경적인 요인으로 손상될 여지가 많아도

세포들이 스스로 이 요인도 극복할 수 있다는 것을 밝혀 내었다.

산카르는 치명적일 만큼 다량의 자외선을 박테리아에 투여해도

파란빛을 비추어 주면, 자외선의 영향에도 불구하고 정상적인 DNA 복사를 한다는 것을 발견했고,

그 덕분에, 산카르는 포토라이애즈 (photolyase)라는 효소가

자외선으로 손상된 DNA를 정상적으로 복원해 준다는 것을 발표했다. 

 

예일대학으로 옮긴 산카르박사는 자외선으로 손상된 세포들을 찾아 내어서

에러가 발생된 코드 부분을 잘라 낼 수 있는 효소들을 발견했다. 

그 후, 채플힐에 위치한 노오스 캐롤라이나 대학교에서 연구활동을 계속한 그는

인간의 세포들도 같은 복원작용을 하는 효소들을 밝혀 냈다.

 

 

 

 

DNA 구조가 밝혀진 1963년부터 DNA에 관심을 갖기 시작한 모드리치 박사는

그 후 10여년간 4개의 베이스가 잘 못 조합으로 손상된 DNA 와 연관된 효소들을 연구했다.

그는 이렇게 잘못 된 조합의 베이스들이 오히려 반복되는 유전자 복사과정에서 발생된

에러 코드를 수정하는 역할을 한다는 것을 밝혔다.

 

 

이렇게 세 화학자들이 각각 다른 지역의 연구소에서 독자적인 연구를 통해서

자외선, 담배등 다양한 독성물질로 인해서 발생된 DNA가 어떻게 스스로 정정하는지 밝혀냈다.

만약에 세포가 이런 자체 수정을 못하게 된다면, 인간을 포함해서 모든 생물의

정상적인 생존과 번식이 불가능하다.

그들의 연구로 유전자 복사과정에서 에러때문에 발병하는 암과 유전병들의 원인과 치료 연구,

더 나아가서 인간의 노화현상에도  큰 발전을 가져다 줄 수 있게 되었다.