화니의 바이오스토리

경산교육지원청 과학영재 수업 - 자극과 반응

A조 ( 7개 스티커 획득)

B조 (6개 스티커 획득)

C조 (8개 스티커 획득)

D조 (7개 스티커 획득)

최종 결과: C조 우승

2016년 노벨생리의학상 수상자, 오스미 요시노리 교수 <출처: Illustration: Niklas Elmehed. Copyright: Nobel Media AB 2016>

2016년 노벨생리의학상은 세포 내 재활용 시스템이라고도 불리는 오토파지 현상(autophagy, 자가포식)의 원리를 밝힌 일본 도쿄공업대 오스미 요시노리 명예교수에게 돌아갔다. 2010년 체외수정 기술 개발로 노벨생리의학상을 수상한 로버트 에드워즈 교수 이후 오랜만의 단독 수상이다.

오스미 교수는 오토파지 분야의 개척자인 것은 물론, 많은 후학들을 배출해 오토파지 연구 발전에 크게 기여했다. 그의 제자들은 오토파지 연구를 이어받고 확장해 지금까지도 활발히 연구하고 있다. 이렇게 형성된 인프라 덕분에 일본은 오토파지 연구에서 세계적으로 가장 앞서 있다.

오스미 교수는 오토파지가 세포 내에서 ‘청소부’ 역할을 한다는 사실뿐만 아니라, 당시 이미 학계에 알려져 있던 단백질 분해 분자인 프로테아좀만으로는 설명하기 어려웠던 세포 내 기작까지 속 시원히 밝혀냈다. 당시 아무도 인정해주지 않던 분야였지만 자기 소신과 신념을 바탕으로 꾸준히 연구한 성과가 빛을 발했다.

일본 도쿄공업대 오스미 요시노리 명예교수

오토파지는 세포 내에서 더 이상 필요 없어진 구성요소나 세포 소기관을 분해해, 다시 에너지원으로 재생산하는 현상이다. 그리스어로 ‘자기’를 뜻하는 auto와 ‘포식’을 뜻하는 phagein을 합친 말로 ‘스스로 먹는다’는 뜻이다.

오토파지라는 이름은 1960년대에 벨기에의 생화학자 크리스티앙 드 뒤브가 붙였다. 그는 세포 소기관인 라이소좀을 현미경으로 관찰한 뒤, 그 안에 들어 있는 세포 구성성분과 소기관이 분해되는 현상을 발견했다. 그는 내용물을 분해하기 위해 이들 구성성분이 자가소포체 형태로 라이소좀까지 배달되는 모습도 발견했다. 하지만 당시까지만 해도 이 현상이 어떻게, 왜 일어나는지 전혀 알 수 없었다. 오토파지를 직접 눈으로 관찰하는 것조차 어려웠기 때문에 연구는 진전이 더뎠다.

이때 오토파지 현상에 주목한 사람이 오스미 교수였다. 그는 진핵생물 가운데 비교적 단순한 효모를 골랐다. 하지만 효모는 세포가 너무 작아서 그 안에서 일어나는 오토파지를 현미경으로 관찰하기가 쉽지 않았다. 당시 과학자들은 오토파지가 정말 효모에서도 일어나는 현상인지조차 의심했다.

난관에 봉착한 오스미 교수는 창의적인 방법을 떠올렸다. 효모에서 오토파지 현상을 교란시킨 뒤 현미경으로 관찰하는 것이었다. 그는 분해되지 않은 자가소포체가 효모 안에 남아 있는 경우가 있다는 사실을 발견했다. 여기에서 힌트를 얻은 오스미 교수는 효모에 일부러 돌연변이를 일으켜 오토파지를 제대로 하지 못하는 효모를 만든 뒤 관찰해, 자가소포체 안에 세포 구성요소나 소기관들이 분해되지 못하고 쌓여 있는 것을 확인했다.

오스미 교수의 효모 실험 결과. G는 골지체, V는 액포, AB는 자가소포체다. 그림 b와 d를 비교하면 자가소포체의 변화를 알 수 있다. <출처: Journal of Cell Biology, 1992, 119, 301-311>

1992년 오스미 교수는 효모에서 오토파지가 일어난다는 사실을 학계에 보고했다. 이듬해에는 같은 방법으로 오토파지가 일어나는 데 중요한 역할을 하는 유전자 15개를 찾았다. 유전자들은 자가소포체가 만들어지는 과정에 필요한 단백질을 만들었다.

그는 당시 아무도 관심을 가지지 않고 큰 의미를 두지 않았던 세포 내 또 다른 쓰레기 처리 시스템 연구에 뛰어들어 작용 과정과 관련 유전자를 밝히고 후속 연구를 할 수 있게 새로운 분야를 개척한 선구자다. ‘오토파지의 아버지’라는 별명을 얻은 이유다.

세포 내 오토파지 기작

오토파지는 우리 몸에서 항상 일어나고 있다. 우리 몸은 건강한 상태를 유지하기 위해 손상되고 노화된 단백질과 세포 소기관들을 꾸준히 분해한다. 그리고 일정량은 다른 곳에서 재활용한다. 오토파지는 우리 몸의 항상성을 유지하기 위해 평상시 매우 낮은 수준으로 일어나고 있는데, 스트레스를 받는 상황에서는 더욱 신속하게 활성화된다.

예를 들어 밥을 제때에 먹지 않아 영양분이 충분히 공급되지 않으면 우리 몸은 오토파지로 세포 내 구성요소들을 분해해 생존에 필요한 아미노산과 에너지를 얻는다. 또 몸속에 침투한 세균이나 바이러스를 오토파지를 통해 제거하기도 한다.

최근에는 오토파지에 이상이 생기면 헌팅턴 무도병과 치매, 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌 질환과 암, 여러 대사 질환이 생길 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 오토파지가 필요한 시간에 적절한 장소에서 제대로 일어나지 못해, 기능적으로 변형된 단백질과 소기관들이 쌓여 세포의 항상성을 무너뜨리기 때문이다.

얼마 전 유명 연예인이 앓고 있다고 알려진 만성 염증성 장 질환인 크론병도 오토파지와 관련있다. 국내에서는 희귀한 병이지만, 미국에서는 환자가 70만 명이 넘으며 사망률도 상당히 높다. 최근 과학자들이 크론병 환자들의 유전자를 분석한 결과 오토파지에 관여하는 유전자에서 돌연변이를 발견했다.

일본 도쿄대 의대 세포생리학과 노보루 미즈시마 교수팀이 전자현미경으로 촬영한 오토파지. 쥐 배아의 섬유모세포에서 찾았다. 자가소포체 안에 노화한 소포체와 미토콘드리아가 보인다. <출처: Noboru Mizushima, et al, Nature Cell Biology, 12, 823–830>

과학자들은 오토파지의 기능을 다시 활성화시키면 이런 난치병들을 치료할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 실제로 다양한 임상 실험을 통해, 오토파지를 활성화시키거나 라이소좀의 작동 효율을 높이는 방법으로 병의 진행 속도를 늦추거나 치료할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 많은 과학자들이 오토파지 과정을 표적으로 하는 약물을 개발하고 있다.

하지만 우리는 오토파지에 대해 모르는 것이 너무 많다. 전세계적으로 오토파지에 대해 활발하게 연구한 지 아직 20년이 채 되지 않았기 때문이다. 최근에도 오토파지에 관여하는 유전자를 추가적으로 알아냈고, 또 조금씩 다른 여러 종류의 오토파지가 일어난다는 사실도 밝혔다.

이제는 오토파지가 일어나는 과정에서 중요한 역할을 하는 단백질을 밝힐 때다. 현재까지는 대부분 세포질에서 오토파지 단백질들이 어떻게 결합하고 기능하는지에 초점을 맞췄지만, 앞으로는 핵 내에서 어떤 유전자가 발현하고 전사 과정 중에 어떻게 조절되는지 밝혀야 한다. 핵단백질을 표적으로 하는 치료제가 오토파지 관련 질병에 더 안정적이고 지속적인 효과를 줄 것이라는 기대가 큰 만큼, 앞으로 오토파지를 조절하는 유전자 발현 조절 기전에 더 많은 연구와 관심이 필요하다.

야곱은 창세기 25장에서 처음으로 등장한다. “후에 나온 아우는… 그 이름을 야곱이라 하였으며…”(25:26). 그리고 창세기 끄트머리에 야곱의 죽음과 장례가 기록된다. “야곱 이… 숨을 거두니 그의 백성에게로 돌아갔더라”(49:33). “요셉이 아버지를 장사한 후에 자기 형제와 호상꾼과 함께 애굽으로 돌아왔더라”(50:14). 이렇게 보면, 야곱의 이름이 언급조차 되지 않는 장들도 있지만 대체로 창세기의 절반은 야곱과 깊은 관련이 있다. 결국 야곱이라는 인물을 생각하지 않고는 창세기 묵상의 강을 건널 수 없다는 뜻이다.

야곱의 인생 전반기는 그야말로 요란하기 그지없다. 그는 태중에서부터 요란했다. “그 아들들이 그의 태 속에서 서로 싸우는지라 그가 이르되 이럴 경우에는 내가 어찌할꼬 하고 가서 여호와께 묻자온대”(25:22). 기도의 응답으로 얻은 임신(25:21)의 복이 리브가에게 고통스러운 기도의 제목이 된 것이다. 야 곱은 출산할 때에도 형 에서의 발꿈치를 잡는 요란을 떤다(25:26). 그의 나이 몇 살 때인지 모르지만 야곱은 ‘떡과 팥죽’으로 형이 가진 장자의 명분을 취하려 하는 사건을 일으킨다. “야곱이 이르되 형의 장자의 명분을 오늘 내게 팔라… 야곱이 떡과 팥죽을 에서에게 주매 에서가 먹으며…”(25:31~34). 그리고 마침내 야곱은 어머니와 속임 을 모의해 형에게 갈 아버지의 축복을 가로챈다. “이삭이 이르되 네 아우가 와서 속여 네 복을 빼앗았도다”(27:35). 이후 야곱은 적어도 20년을 형 에서의 분노를 피해 불안한 도망자의 신분으로 부모와 고향을 떠나 살아야 했다(27:43~45).

배신과 두려움이 반복된 인생 중반기

외삼촌 집에서 보낸 시간들은 야곱에게 배신의 아픔을 겪게 했고, 그를 또다시 도망자로 전락하게 했다. “내가 외삼촌의 집에 있는 이 이십 년 동안… 외삼촌께서 내 품삯을 열 번이나 바꾸셨으며… 나를 빈손으로 돌려보내셨으리이다마는…”(31:41~42). “야곱은 그 거취 를… 말하지 아니하고 가만히 떠났더라 그가 그의 모든 소유를 이끌고 강을 건너 길르앗 산을 향하여 도망한 지”(31:20~21). 하지만 그게 끝이 아니었다. 야곱은 죽음까지 생각해야 할 두려움과 알 수 없는 미래로 인한 답답함을 온몸으로 직면해야 했다. “야곱 이 심히 두렵고 답답하여… 나를 건져내시옵소서 내가 그를 두려워함은 그가 와서 나와 내 처자들을 칠까 겁이 나기 때문이니이다” (32:7~11). 심지어 그는 딸이 강간당하는 천추의 아픔과 함께 자신만이 아니라, 아들들의 보복 살인으로 집안이 몰살당할 상황까지 맞 닥뜨려야 했다. “그들이 모여 나를 치고 나를 죽이리니 그러면 나와 내 집이 멸망하리라”(34:30).

 예로부터 말이 씨가 된다고 했습니다. 고등학교 시절 하굣길에 소방차가 지나가는 것을 보았습니다. 같이 가던 친구가 "혹시 우리 집에 불난 것 아닐까?"하고 농담 반 진담 반으로 말했습니다. 제가 "야, 그러지마. 말이 씨 된다."고 답했습니다.

  불이 난 곳은 정말로 그 친구 집이었습니다. 굳이 따지자면 그 말이 씨가 되지 전에 이미 불이 나 있었지만 저는 섬뜩했습니다.

  말이 씨가 된다면 참 무서운 일입니다. 그동안 제가 해온 말들이 씨가 된다면, 제가 한 말들이 다 나무가 되어 있다면 이런 끔찍한 일이 어디 있겠습니까? 제가 싫어한 사람들, 미워한 사람들, 알게 모르게 한 험담과 저주의 말들이 세상 어딘가에 나무로 남아 있다면 그 나무는 얼마나 보기 흉한 모습이겠습니까? 생각만 해도 섬뜩합니다. 물론 새가 날아드는 괜찮은 나무도 몇 그루 있겠지만 전반적으로 제가 만들어 낸 숲은 흉측하기 그지 없을 것입니다.  

  말은 나무입니다. 내 안에 흐르는 생각을 말하고 듣고 다시 생각하는 내 머릿속 언어는 나무입니다. 그 나무는 뿌리도 있고 밑동도 있습니다. 줄기도 있고 가지도 있고 무성한 잎도 있습니다. 때로는 꽃이 피고 때가 되면 열매도 맺습니다. 생각이 말이 되어, 말이 씨가 되고, 그 씨가 나무가 되는 것입니다. 나무들이 모여 또 숲을 이룹니다.

  언어는 인격의 됨됨이에서 나옵니다. 인격은 사람의 근본에서 나옵니다. 말 나무의 뿌리는 사람의 인격이고 말나무의 줄기는 사람의 언행입니다. 말나무의 가지는 그 사람의 관계이고 말나무의 잎은 그 사람의 영향력입니다. 말나무의 꽃은 그 사람이 만든 아름다움이고 말나무의 열매는 그 사람이 남긴 삶의 흔적입니다.

  "사람은 그 입에서 나오는 것으로 만족하고 그 입술에서 거두는 것으로 배부르게 됩니다."

  구약성서 '잠언'의 한 구절입니다. 맞는 이야기입니다만 단순히 그 반대로 생각할 수 있습니다. 사람은 그 입에서 나오는 것으로 인해 어려움을 겪게 되고, 그 입술에서 거두는 것이 없어 굶게 된다는 것입니다. 동전의 양면입니다. 한편은 행복하고 한편은 무서운 이야기입니다. 내가 어떻게 하느냐에 달여 있습니다.

  진정한 친구가 그리워질 때 열한 살인 덱스터는 어린 시절 잘못된 수혈로 에이즈에 걸린 소년이다. 옆집에 사는 에릭은 화목하지 못한 가정환경 때문에 부모님께 사랑받지 못하지만 늘 씩씩하려 애쓴다.

  둘은 많은 일상을 공유하며 곧 친구가 된다. 가끔씩 죽음을 생각하며 우울해하는 덱스터에게, 에릭은 자신의 냄새나는 운동화를 쥐여 주며 이렇게 말한다. “만약 잠에서 깼는데 무서운 생각이 들 땐 이 냄새나는 운동화를 봐. 그럼 내가 옆에 있다는 걸 알 수 있을 거야.” 단순한 동정이 아닌 진정으로 덱스터를 위하는 에릭의 배려와, 죽음 앞에서도 희망을 잃지 않으려는 덱스터의 모습. 서로가 서로의 부족한 점을 채워 주고 상처를 치유하는 이 우정은 아이들의 이야기라 할지라도 충분한 울림이 있다.

  결말을 예측하게 하는 번역 제목인 <굿바이 마이 프렌드>가 옥의 티라면, <The Cure>라는 원제를 생각해 봐도 좋을 것 같다. 내가 힘들 때 에릭처럼 운동화를 건네줄 친구는 누구일까? 이 영화를 보고 나면 항상 내 곁에 있어 줄 ‘진정한 친구’가 무척이나 그리워진다.