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2017 여름호 / Hello Nobel / 2016 노벨 생리의학상 오토파지

작성자
이정훈
조회수
194
작성일
2017-07-12
첨부파일

※오스미 요시노리 [Ohsumi Yoshinori, 大隅良典, 1945.2.9 ~ ] 일본의 생물학자. 세포가 내부의 불필요한 단백질 등을 스스로 분해하고 재활용하는 메커니즘인 자가포식(自家捕食, autophagy) 현상을 밝혀낸 공로로 2016년 노벨 생리·의학상을 수상하였다. (출처 : 두산백과)


안녕하세요! 이번 호에서는 2016년 노벨 생리의학상에 대해서 이야기 해 볼까 합니다. 이번 'Hello Nobel!'의 키워드는 '오토파지(Autophagy)'입니다. 이에 대해 알아보기 전에 기본적인 내용을 한 번 보도록 하겠습니다. 생명과학에 대해서 잘 몰라도 '백혈구(Leukocyte)'라는 말은 한 번쯤 들어봤을 것이라 생각합니다. 다들 잘 알다시피 백혈구는 개체 내에 침입한 병원균들을 잡아먹는 역할을 하는데요, 병원균을 잡아먹는다는 말을 과학적인 용어로 하면 '식세포작용(Phagocytosis)'라고 합니다. 사실 백혈구뿐만 아니라 우리 몸속의 많은 세포들은 이 식세포작용을 하고 있습니다. 외부 환경과 상호작용하고, 양분을 공급받기 위해서 식세포작용을 비롯한 세포 내 섭취(Endocytosis)와 세포 외 배출(Exocytosis) 과정을 수행합니다. 섭취한 영양분을 이용하거나, 세포 내에 필요 없는 물질을 배출하기 위해서는 작은 물질들로 분해하는 과정이 필요합니다. 이렇게 세포 내 물질들을 분해하는 세포 내 소기관을 '리소좀(Lysosome)'이라고 합니다.

오토파지는 세포 내에서 더 이상 필요 없어진 구성요소나 세포소기관을 분해해, 다시 에너지원으로 재생산하는 현상입니다. 좀 더 자세히 말하면, 자가포식소체(Autophagosome)에서 리소좀으로 이어지는 경로를 통해 세포 내에서 일어나는 자가분해 시스템입니다. 자가포식소체란 필요 없어진 구성요소 및 세포소기관을 둘러싸는 일종의 소포(Vesicle)입니다. 정상적인 환경에서는 세포소기관이나 단백질의 정상적인 기능을 유지 및 관리하는 역할을 하고, 자극에 의해 반응이 증가되면 필요 없는 단백질을 분해하는 이화작용을 통해 세포가 변화된 상태에 적응할 수 있게 하는 역할을 수행합니다. 이러한 오토파지는 손상된 세포소기관과 세포막 등을 제거하고 재활용하는 기능을 수행하여 세포의 생존을 돕고 세포의 에너지 수요를 충족시키는 데 도움을 주고 있습니다. 뿐만 아니라 오토파지는 당뇨, 암, 신경쇠퇴증 및 여러 염증질환을 예방하고 있습니다.

효모 실험 결과. G는 골지체, V는 액포, AB는 자가포식소체이다. 그림 b와 d를 비교하면 자가포식소체의 변화를 볼 수 있다.
(출처 : Journal of Cell Biology, 1992, Vol. 119, 301-311)


오스미 요시노리(Ohsumi Yoshinori)는 이 오토파지 현상에 대한 정확한 메커니즘을 발견함으로써 ‘2016 노벨 생리의학상’을 수상하였습니다. 오토파지에 대한 연구는 효모를 통해서 이루어 졌습니다. 효모는 단세포 생물이지만 핵이 있는 진핵생물로 인간과 진화학적으로 가까워 실험에서 모델 개체로 주로 사용됩니다. 하지만 효모는 크기가 대략 8μm정도 밖에 되지 않으며 오토파지 현상은 살아있는 세포에서 일어나기 때문에 현미경으로 오토파지 현상이 일어나는 것을 관찰하는 것은 매우 어렵습니다. 하지만 오스미 요시노리 교수는 효모에서 오토파지 현상을 교란시킨 후 현미경으로 관찰하는 방법을 이용했습니다. 이를 통해 자가포식소체 안에 세포 구성요소나 소기관들이 분해되지 못하고 쌓여 있는 것을 확인할 수 있었습니다. 또한, 이와 같은 방법으로 오토파지가 일어나는 데 중요한 역할을 하는 유전자 15개를 찾아 각 유전자의 기능을 확인하였습니다. 최종적으로, 오토파지에 어떤 단백질들이 사용되는지를 확인하여 오토파지의 메커니즘을 규명하게 된 것입니다.


출처: 네이버 캐스트 http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3580937&cid=58943&categoryId=58966


이러한 오스미 요시노리 교수의 연구는 처음에는 주목을 받지는 못했지만, 세포가 여러 물질들을 재활용하는 방법을 이해하는 패러다임을 제시함으로써 기아에 대한 적응이나 감염에 대한 반응을 비롯한 많은 생리 과정에서 오토파지의 중요성을 이해하는 발판을 마련했다고 평가받고 있습니다. 여러분들도 현재 자신이 하는 일이 주목을 받지 못하더라도 꾸준히 열심히 한다면 그 성과는 항상 따라온다는 것을 명심한다면 좋겠습니다! 다음 호에서 더 재미있는 소식으로 찾아오겠습니다!


글_
김민규 생명과학과 15학번(알리미 21기)