오토파지를 이용한 질병과 좀비세포 치료

우리 몸의 세포는

혈액을 통해 공급된

영양분을 먹고 삽니다.

그런데 만약 굶주림으로

영양분이 공급되지 않으면

세포는 어떻게 살아갈까요?

놀랍게도 세포는

자신을 분해해 재사용하는데

이를 오토 파지라고 합니다.

오토파지라는 단어는 그리스어로

자신을 뜻하는 ‘오토’와

먹다는 뜻의 ‘phagein’의 합성어로

‘자신을 먹다’라는 뜻입니다.

오토파지는 세포 내에서

더 이상 필요 없어진 구성요소나

세포 소기관을 분해해,

다시 에너지원으로

재생산하는 현상인데요.

오스미 요시노리 박사는

오토 파지의 메커니즘을 규명한 공로로

2016년 노벨 생리의학상을

단독으로 수상했습니다.

 

사진출처 브런치

 

오토파지라는 이름은

벨기에 출신의 과학자

크리스티앙 드 뒤브에 의해

붙여졌습니다.

그는 1960년대에

단백질, 탄수화물, 지방을 분해하는

리소좀을 발견한 공로로

1974년 노벨상을 받았는데요.

리소좀은 작은 지질 주머니 안에

각종 분해효소가 들어있는

세포 내 소기관으로,

크리스티앙 드 뒤브 박사는

리소좀 안에서 영양성분만이 아니라

우리 몸의 세포 구성성분과

세포 소기관이 분해되는 현상을 발견하고

오토 파지라고 명명했습니다.

하지만 당시까지만 해도

이 현상이 어떻게, 왜 일어나는지

전혀 알 수 없었지요.

 

'세포는 왜,

자신의 일부를 먹어치울까?'

세포의 세계에서 펼쳐지는

신비한 현상을 밝혀내기 위해

오스미 박사는

끈질긴 연구를 해 나갔습니다.

그는 자신의 연구실을 가지게 되었던

1988년 무렵부터

인간의 리소좀에 해당하는

효모의 액포를 연구하는데

집중했는데요.

효모는 가장 단순한 진핵생물로

연구에 자주 이용되긴 했지만,

세포가 너무 작아서

그 안에서 일어나는 오 토파 지를

현미경으로 관찰하기가 쉽지 않았고,

오토파지가 정말

효모에서도 일어나는지조차

확신할 수 없었습니다.

 

이때 오스미 박사는

창의적인 방법을 떠올립니다.

오토파지가 활성화된 상태에서

액포의 분해과정을 방해한다면

아직 분해되지 않은 소포가 축적되어

현미경으로 관찰할 수 있을 것으로

추측한 것이죠.

그는 분해 효소가 없는

돌연변이 효모를 배양하고

굶주리게 해서

오 토파 지를 자극했습니다.

놀랍게도 몇 시간 내에

굶주린 효모의 액포에는

아직 분해되지 않은 소포들이

가득 채워졌죠.

이후 오스미 박사는

오토 파지에 관여하는

15개 유전자를 발견해

1992년 발표했고,

오토파지의 메커니즘을 규명한 공로로

2016년 노벨 생리의학상을

수상하게 됩니다.

 

오토파지는 어떤 과정으로 진행될까요?

세포 안에서 제거되어야 할

단백질이나 세포 소기관을

주머니와 같은 소포체가

감싸게 되는데요.

쓰레기를 쓰레기봉투에 담듯,

제거할 물질을 담아낸 이 소포체를

오토 파고 좀이라고 합니다.

분해할 쓰레기를 가득 담은 오토 파고 좀은

분해공장인 리소좀으로 운반됩니다.

오토파고좀과 리소좀이 융합한 뒤,

오토파고좀에 있던 세포 구성성분 등은

리소좀에 있는 분해 효소에 의해

잘게 분해되죠.

분해된 성분은

우리 몸에 에너지를 공급하거나

세포 재생을 위한 블록을

제공하게 됩니다.

오토파지는 한마디로,

세포 안에서 이루어지는

재활용 시스템이라고 할 수 있습니다.

 

오토파지는 평소에는

매우 낮은 수준으로 일어나다가

스트레스를 받게 되면

더욱 활성화되는데요.

예를 들어 밥을 제때 먹지 않아

영양분이 충분히 공급되지 않으면

우리 몸은 오 토파 지를 통해

세포 내 구성요소들을 분해해

생존에 필요한

아미노산과 에너지를 얻습니다.

또 몸속에 침투한 세균이나 바이러스를

오 토파 지를 통해 제거하기도 하는데요.

오토파지는 세포가 노화해

손상된 단백질과

세포 소기관을 제거함으로써

세포 노화를 방지하는

중요한 역할을 하기도 합니다.

 

1980년대 당시

아무도 관심을 가지지 않았던

세포 내 새로운 쓰레기 처리 시스템

연구에 뛰어들었던

오스미 박사의 연구는

오토 파지의 기전을 밝혀

의학에 새로운 패러다임을 연

위대한 발견으로 일컬어집니다.

2016년 오스미 박사가

노벨상을 수상한 이후

오 토파 지를 이용해

질병을 치료하려는 연구가

세계적으로 이루어지고 있는데요.

 

오토파지가 제대로 일어나지 않으면,

파킨슨병, 제2형 당뇨병 및

기타 노인병뿐 아니라

암이 발생할 수 있는데요.

기능적으로 변형된 단백질과

소기관들이 쌓여

세포의 항상성을

무너뜨리기 때문이죠.

최근 과학자들은

만성 염증성 장 질환인

크론병 환자들의 유전자를 분석해,

오토파지에 관여하는 유전자에서

돌연변이를 발견하기도 했는데요.

오토파지 기능을 다시 활성화시키면

이런 난치병을 치료할 수 있을까요?

실제로 오 토파 지를 활성화시키거나

리소좀의 작동 효율을 높이는 방법으로

병의 진행 속도를 늦추거나

치료할 수 있다는

연구 결과가 나오고 있으며,

오토파지 과정을 표적으로 하는

약물도 개발되고 있습니다.

 

2021년 4월에는 국내 연구진이

‘선택적 오토 파지 표적 발굴 플랫폼’을

개발하기도 했는데요.

연구진은 선택적 오토 파지 조절을 통해

노화의 주요 원인이자,

일명 ‘몸속의 좀비세포’라 불리는

노화세포를 제거하거나,

활성화시킬 수 있다는 것을

보여주었습니다.

이는 암세포의 기전을 찾는 데도

활용될 수 있다고 합니다.

 

히포크라테스는

“모든 사람 안에는 의사가 있다.

우리는 그 의사를 돕기만 하면 된다”라고

말했습니다.

오토 파지는 손상된 단백질과

노화 세포가 있을 때는

우리 몸을 ‘청소 모드’로 바꾸며,

우리가 먹지 않을 때

‘재활용 모드’가 되어

우리 몸을 건강하게 지키는데요.

우리 몸 안의 의사 중 하나인

오토파지 연구가 지속되면

더 많은 질병, 그리고 노화에 대한

해답을 얻을 수 있을지도 모릅니다.

감사합니다.