노벨 생리의학상, 케일린 하버드대 교수 등 3人 ‘세포의 산소적응 연구’
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박정환 기자
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등록 2019-10-08 10:53:43
- 수정 2020-09-16 16:20:08
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- 암·빈혈 등 혈중 산소농도 관련 질환 치료법 수립
2019년 노벨상 생리·의학상 수상자로 윌리엄 캐일린(William G. Kaelin Jr.) 미국 하버드대 의대 교수, 그래그 세맨자(Gregg L. Semenza) 미국 존스홉킨스대 의대 교수, 피터 랫클리프(Peter J. Ratcliffe) 영국 옥스포드대 의대 교수가 선정됐다.
스웨덴 카롤린스카 연구소 노벨위원회는 7일 ‘산소 농도에 따른 세포 반응에 관한 연구’로 빈혈, 암 등 혈중 산소농도 관련 질환의 치료 가능성을 제시한 공로로 이들 세명을 수상자로 선정했다고 발표했다.
산소는 인간을 비롯한 모든 동물에서 세포내 영양소를 에너지로 변환시키는 역할을 한다. 하지만 세포가 체내 산소 농도 변화에 어떻게 반응하고 적응하는지에 대해선 아직 명확한 기전이 입증되지 않았다.
예컨대 고산지대에 있거나 빈혈 등 질환을 앓는 등 저산소 상황이 되면 전신적 또는 국소적으로 저산소증에 빠지게 된다. 이때 세포들이 어떤 식으로 저산소 상황에 대처하는지 밝혀진 게 없었다.
캐일린 교수팀은 세포가 저(低)산소 농도에 적응하는 과정에서 ‘HIF-1’이라는 단백질 유전자가 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 세포가 산소농도 변화에 적절하게 반응할 수 있게 돕는 ‘분자 스위치(molecular switch)’의 기전을 규명함으로써 혈중 산소농도 질환에 대한 HIF 단백질 조절의 새로운 치료 가능성을 제시한 것이다.
예컨대 혈중 산소가 부족한 상태인 빈혈에선 단순히 철분을 공급하는 기존 약물과 완전히 달리 HIF 단백질양을 늘려 산소활용도를 높이는 방식의 치료법으로 활용할 수 있다. 반대로 암에선 HIF를 억제해 암세포 증식을 막는 효과를 기대할 있다.
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 인체가 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.
이전까지는 환자에서 항암제가 잘 치료되지 않는 이유가 무엇인지 등 논란이 있었지만 이들 공동연구로 ‘저산소증에 빠진 상태’에서는 항암제가 잘 듣지 않는다는 큰 연구방향을 제시했다
이대호 서울아산병원 종양내과 교수는 “이 연구를 통해 항암치료나 방사선 치료를 할 때 암은 이미 저산소 상태에 빠져 있기 때문에 왜 치료제가 잘 안 듣는지, 약제 효과가 없는지, 항암 치료제가 왜 안 듣는지, 앞으로 어떻게 개선할지, 어떻게 치료효과를 향상할지에 대한 큰 해답을 제시했다”고 설명했다.
케일린 등은 2016년 ‘미국의 노벨상’ 또는 ‘예비 노벨상’으로 불리는 래스커상을 수상해 그동안 노벨 생리의학상의 유력한 후보군으로 자주 거론됐다. 노벨상 수상자에게는 상금 총 900만크로나(약 10억9000만원)가 주어진다. 시상식은 12월 10일에 열린다.
노벨 생리의학상은 1901년 첫 수상자를 시작으로 올해까지 총 110차례 수상자를 배출했으며, 제1·2차 세계대전 기간 등을 포함해 모두 9차례(1915~1918년, 1921년, 1925년, 1940~1942년)는 수여되지 않았다.
올해를 포함해 생리의학상 수상자는 총 219명으로 이 가운데 여성 수상자는 12명이다. 최연소 수상자는 32세, 최고령 수상자는 87세였다.
한편 윌리엄 케일린 교수는 오는 11월 7~8일 서울 드래곤시티호텔에서 열리는 대한종양내과학회 추계 학술대회에 연자로 참석할 예정이다.
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