'산소 부족에도 살아남는 세포' 규명에 노벨생리의학상 영예

저산소 상태서도 성장하는 암세포 억제하는 치료법 개발 단초 제공

올해 노벨생리의학상 수상자들의 가장 큰 업적은 사람의 세포가 체내 산소 공급의 변화에 어떻게 적응하지는 지에 대한 분자적인 메커니즘을 규명, 빈혈과 암, 심근경색 등 질병을 치료할 수 있는 단초를 제공했다는 점이다.

이들은 이런 연구성과로 2016년에는 미국의 노벨상으로 불리는 '알버트 래스커상'을 수상해 이미 연구업적을 인정받았다.

사람을 비롯한 동물의 삶에 없어서는 안 되는 산소는 세포 내에서 영양소를 에너지로 변화시키는 역할을 한다.

하지만, 이런 산소의 중요성과 달리 세포가 산소 수준의 변화에 어떻게 적응하는지는 과학계가 밝혀내야할 오랜 숙제였다.

예컨대, 고산지대에 있거나 빈혈 등 질환으로 저산소 상황에 부닥친 경우 전신적 또는 국소적으로 저산소증에 빠지게 되는데, 이때 세포들이 어떤 식으로 저산소 상황에 대처하는가에 대한 근본적인 궁금증이었다.

이번 노벨생리의학상 수상자 중 윌리엄 케일린은 세포에서의 이런 '저산소 적응반응'을 규명했다.

우리 세포가 저산소 상태에서도 살아남고 필요한 산소를 얻으려 새로운 혈관을 만들고 적혈구 생성을 증가시킨다는 사실을 확인한 것이다.

또 그레그 서멘자는 암세포가 산소가 부족한 환경에 적응할 수 있도록 하는 'HIF-1α' 단백질을 처음으로 발견하고 그 역할을 밝혀냈다.

피터 랫클리프는 적혈구 생성 촉진 호르몬인 에리스로포이에틴(EPO.erythropoietin)의 생성에 관여하는 저산소유도인자(HIF)를 활성화하고 적혈구 생성을 높이는 과정을 규명해낸 공로가 있다.

이들 세 명의 연구를 종합하면, 우리 몸이 저산소 상황에 처할 때 HIF-1α 분자는 각종 유전자 내에 스위치 역할을 하는 'HRE'(hypoxia response element)는 물론 300여개 유전자에 영향을 미친다.

이 중에서도 혈관생성촉진인자(VEGF)와 EPO, 혐기성대사(anaerobic metabolism) 관련 유전자가 가장 큰 영향을 받게 된다.

문제는 이런 변화가 빈혈, 감염, 심근경색, 종양, 뇌졸중 등 질환으로 이어질 수 있다는 점이다.

특히 암세포는 저산소 상태에서도 성장하는데, 이는 HIF-1α 단백질이 혈관생성촉진인자(VEGF) 발현을 유도하기 때문으로 밝혀졌다.

이 같은 연구업적 덕분에 이 단백질은 현재 표적항암제의 표적 대상이 됐다.

제갈동욱 서울성모병원 진단검사의학과 교수는 "저산소 상황에서 문제의 출발점이 HIF-1α 분자라고 보면 된다"면서 "이로부터 시작해 많은 질환의 연관 메커니즘이 밝혀지고, 치료제 개발에도 크게 기여했다"고 평가했다.

서울아산병원 종양내과 이대호 교수는 "항암치료나 방사선 치료를 할 때 암은 이미 저산소 상태에 빠져 있기 때문에 왜 치료제가 잘 안 듣는지, 약제가 효과가 없는지를 알 수 없었다"면서 "이런 문제에서 앞으로 어떻게 치료 효과를 높일지에 대한 해답을 제시한 업적이 크다"고 말했다.

/연합뉴스