2016년 노벨 생리의학상을 수상한 일본의 오스미 요시노리박사

올해 노벨 의학상을 받은 일본의 요시노리 오스미 박사

올해 노벨 생리의학상(Physiology or Medicine)은 세포의 autophagy(자가포식)을 작용을

발견해낸 일본의 요시노리 오스미 박사에게 수여되었다.

Autophagy(오토파지)는 그리스어의 자신(영어의 self)라는 단어인 "auto' 와

먹는다는 의미의 단어 'phagein' 의 합성어로 즉 스스로 자신을 먹는다는 뜻의 단어로

세포내의 노폐물을 처리하고 재활용하는 메카니즘이다.

이 컨셉트는 이미 60년대에 과학자들이 세포내에 물질을 주머니를 만들어서

불필요한 물질들을 에워싼 후에 세포내의 쓰레기 처리장에 해당하는 라이소좀(Lysosome)으로

보내서 그 물질들을 제거하는 것을 관찰을 통해서 알려졌다.

하지는 근래까지 정확한 오토파지의 메카니즘이 알려지지 않았는데,

1990년대 초반에 오스미 박사가 기발하게 제빵에 흔히 쓰이는 이스트를 사용해서

오토파지 작용에 필요한 유전자와 메카니즘을 찾아내었고,

더 나아가서 인간의 세포도 이스트의 세포와 동일하게 일어난 것을 발견한 업적을 높이사서

올해 노벨 의학상을 수여하게 되었다고 노벨상 관계자들이 오늘 발표했다.

스스로 자신에게 먹히는 오토파지를 묘사한 그림

오스미 박사는 1945년 일본의 후쿠오카에서 태어나서

1974년에 동경대학교에서 화학박사 학위를 받았다가,화학분야는

이미 오랫동안 연구가 진행되어 와서 획기적인 연구 기회가 없다고 판단하고,

생물학으로 전공을 바꾸었지만, 그의 박사학위 논문은 그다지 눈길을 끌지 못했고

직장도 구하지 못했는데,  딱하게 여긴 그의 지도교수가 뉴욕에 있는 록커펠러 대학교에서

포스트닥터 자리를 권유해서 시험관에서 쥐의 수정에 관한 연구 일을 하게 되었다.

그 연구에 흥미가 없던 그는 이스트의 유전자 재생을 연구하기 시작했고,

그 덕분에 동경대학교 교수직으로 가게 되어서, 그곳에서

이스트의 분해작용을 현미경으로 관찰하게 시작해서,

43세에 오늘 노벨상을 받게 한 오토파지 작용을 규명하게 이르렀다.

그 후 그는 오까자키에 있는 일본 국립 기초 생물학 연구소로 옮겨갔고,

2009년부터 현재까지 동경공업대학교의 교수로 재직중이다.

분해작용(Degradation)

1950년대 중반에 세포내에서 효소를 생성해서 단백질, 탄수화물과 지방분을

분해하고 소각하는 임무를 맡은 소기관(organelle)를 발견해서 라이소좀(lysosome) 이라고 명명했고,

라이소좀을 발견한 벨지움 과학자 크리스티앙 드 두베 박사가 1974년 노벨 의학상을 받기도 했다.

인간의 세포 안에는 각각 다른 임무를 맡은 소기관(organelle)들이 있는데

라이소좀(Lysosomes)는 세포내의 물질을 분해하고 소멸시키는 임무를 맡았다.

그 후 새로운 입자인 오토파고좀(autophagosome)이 발견되었는데,

이들은 손상된 단백질이나 노화된 다른 세포내의 물질들을 먹어삼킨 후에

라이소좀에게 달싹 붙어서 노폐물을 라이소좀으로 운반해서  

라이소좀 내에서 더 작은 입자로 분해가 된다.

이 작용으로 세포들은 추가로 영양분을 섭취해서 세포의 재생을 하게 도와준다.

 

 

1970년대와 80년대에는 세포내에서 단백질을 분해하는 또 하나의 성분인 "프로테아좀"

시스템에 중점을 두고 연구가 활발히 이루어졌는데, 이 시스템을 발견한

아론 치차노바, 아브람 헤르쉬코와 어윈 로즈 세 과학들이 2004년도 노벨 화학상을 수여했다.

프로테아좀은 단백질 입자를 하나씩 분해하는 것은 입증되었지만,

세포가 입자의 크기가 큰 단백질과 노화된 세포내의 소세포입자들이

어떻게 분해되는지는 설명하지 못해서, 오토파지 주제로 연구가 펼쳐지기 시작했다.

요시노리 오스미박사는 여러 생화학 분야에 걸쳐서 활발한 연구를 벌려 오다가

1988년에 자신의 연구소를 세우게 되면서, 인간의 세포내의 라이소좀과 연관이 깊은

'작은 주머니'(vacuole)내의 분해작용에 대해서 집중적인 연구를 시작했다.

왼쪽 사진에 보이는 이스트 세포내에서 크게 보이는 vacuole(주머니)은

포유동물 세포의 라이소좀과 상호작용을 하는데,

오스미 박사는 분해를 하는 효소를 제거한 세포를 만들어서

세포에게 자양분을 주지않고 굶주리게 했더니, 오토파고소좀 물질이 vacuole 내에

빠르게 생성되어서 쌓여간다(중간 사진)

스미박사는 이스트 세포에서 자가포식 현상이 발생한다는 것을

이 실험으로 입증했으며, 더 나아가서

수천재의 변이된 이스트 세포를 연구해서

오토파지를 유발하게 하는 15개의 유전자를 규명하게 되었다.

이스트는 연구로 사용하기에 쉬운 미생물이기도 하고,

복잡하고 다양한 세포내의 유전자를 찾는데 유용해서 오스미 박사도 이스트를 사용했다.

하지만 이스트의 세포는 크기가 작아서 세포내의 물질이 현미경으로도 잘 보이지 않는

어려움에 봉착한 오스미 박사는 오토파지 작용이 발생하는 중에 분해작용을 방해하면

오토파고좀이 작은 주머니에 쌓이게 되면 현미경으로 볼 수 있다는데 착안을 해서

주머니 내에 분해효소가 없게 유전자를 변이시킨 이스트 세포를 배양한 후에

그 세포에게 영양분을 주지 않아서 오포파지 작용을 유발하게 했다.

이 연구방식으로 시작한지 수시간 내에 분해되지 않은 물질인 오토파고좀들로 그득찬

세포의 작은 주머니들(vacuole)이 발견되어서 그의 연구는 큰 성과를 올리게 되었다.

이 연구로 오스미 박사는 오토파지 작용이 이스트 세포에서 발생한다는 것을 입증했고,

더 나아가서 어떤 유전자가 이 오토파지 작용을 유발하게 하는지 찾게 되면서

1992년에 그는 연구결과를 발표하게 되었는데

이때의 연구로 노벨의학상 수상에 결정적으로 기여를 했다.

오스미 박사가 이스트에서 오토파지의 메카니즘을 자세히 규명한 다음에

세계의 여러 과학자들은 이런 작용이 다른 생물에서도 발생하는지 여부에 관심이 모였고,

몇년 후에 이런 자가 포식은 인간 세포에서도 거의 비슷하게 발생한다는 것도 발견했다.

그가 50년간 한 우물만 파면서 우리 몸에 다양하게 중요한 역할을 하는 오토파지 연구로

우리 몸이 세균에 감염이 되면, 오토파지 작용으로 박테리아와 바이러스를 제거해 주기도 하고,

수정된 난자의 발달(embryogenesis)과 세포의 세분화(cell differentiation)를 가능케 해 주고,

손상된 단백질과 세포내의 소기관(organelle)을 분해해서 제거해 주고,

그래서 그들로 인해서 유전자 변이가 와서 발생하는 암의 유발을 방지해 주기도 하고,

자연적으로 발생하는 노화현상으로 생기는 여러가지 부정적인 면을 해소시켜준다는 것을 알게되었다.

이렇게 우리 몸에 중요한 일을 하는 오토파지 유전자에 변이가 오면 유전병을 초래하기도 하고,

암을 유발시키고 알츠하이머나 파킨슨 병의 원인이 되기도 한다.

세포에 에너지 공급을 줄여서 세포가 적당히 굶게 되면,

자가 생존을 위해서 오토파지 작용으로 세포 내의 불필요하거나

손상된 노폐물을 분해하고 소각해서 에너지를 재활용하지만,

세포에 과잉으로 에너지 공급이 되면, 노폐물을 재활용할 이유가 없어지면서

오토파지 활동도 줄어 들고, 따라서 세포에 나쁜 노폐물들이 쌓여가게 된다.

그렇게 되면 요즘처럼 칼로리 섭취가 많으면, 오토파지 활동이 줄어 들면서

위에 나열한 오토파지의 역할을 하지 못해서 세포노화가 빨라지고, 여러 질병을 초래한다.

오스미 박사의 자가포식 연구 덕분에 당뇨병, 암, 감염, 퇴행성 신경질환과

세포의 노화현상을 치료내지는 치유하는데 큰 공헌을 했다는데

노벨위원회와 많은 과학자들이 입을 모았다.

가까운 일본이 지난 3년 연속 노벨상을 받게 된 이유는 여러가지이겠지만,

입시 위주의 얄팍한 지식 전수에 급급하거나,

취업에 적합한 분야나, 수입이 많거나,

사회적으로 인정받는 업종과 관련된

분야에만 쏠리는 한국의 교육과 달리,

기초 과학 교육에 중점을 두고,

오랜 기간 좋은 결과가 보장이 되지 않아도,

연구에 몰두할 전반적이 여건이 갖추어져 있기 때문이라는 생각이 든다.

한국도 그동안 이룬 눈부신 경제적인 발전와 함께

이제라도 교육의 획기적인 발전을 위해서

정부와 교육기관, 교육자들이 함께 노력하길 꿈꾸어 본다.