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2017년 노벨 생리의학상 제프리 홀·마이클 로스바쉬·마이클 영 3명 공동 수상 - 서울아산병원 정신건강의학과 정석훈, 신경과 노지훈 교수 해설
  • 기사등록 2017-10-03 11:53:22
  • 수정 2017-10-03 12:00:44
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2017년 노벨 생리의학상 수상자로 제프리 홀, 마이클 로스바쉬, 마이클 영이 공동 수상자로 선정됐다.

스웨덴 카롤린스카 노벨위원회는 지난 2일(한국시간) 2017년 노벨생리의학상 수장자로 생물학적 주기(circadian) 리듬을 조절하는 분자 매커니즘에 대한 발견 공로를 인정받아 수상자로 선정한다고 밝혔다.

미국 록펠러대학 마이클 영(Michael W. Young)과 미국 브랜다이스(Brandeis University)대학교  제프리 홀(Jeffrey C), 마이클 로스바시(Michael Rosbash)는 1980년대 초반부터 생체리듬의 분자생물학적 연구를 시행해왔다.

주로 초파리의 주간-야간 활동성을 근거로 생체리듬을 측정했었으며 per(period), tim(timeless), clk(clock), cry (cryptochrome)등의 유전자들을 변형시켰을 때 생체주기가 길어지거나 짧아진다는 것을 발견했다.

CLOCK 과 BMAL1 유전자의 단백질이 결합하여 유전체의 e-box에 작용을 하면 cry, per 단백질이 분비되고, 이들이 세포 밖으로 나가서 CKI과 함께 결합하여 세포 내로 다시 들어와서 CLOCK, BMAL1의 생성을 억제하여 cry per 생성을 다시 막게 된다. 이런 과정을 통해서 생체의 리듬이 매일 매일 반복되도록 조절되는 것이다.

e-boxㄴs E-box (enhancer box)는 단백질 결합 부위 역할을 하는 뉴런, 근육 및 기타 조직에서 유전자 발현을 조절하는 것으로 밝혀진 일부 진핵 생물에서 발견되는 DNA 반응 요소다.

위 세 연구자는 여기에 관여하는 유전자들이 생체리듬에 작용하는 역할을 규명한 연구자들로, chronobiology (시간생체학) 학문을 획기적으로 발전시킨 사람들로 꼽힌다.

이런 유전자들의 작동이 생체리듬을 조정하고, 이에 의하여 개체의 생체 내 여러 가지 변화들 (수면-각성 주기, 각종 호르몬들의 분비 및 억제, 혈압의 변동성 등)이 조절된다. 

노벨상위원회에서 밝힌 “the discovery of a fundamental mechanism underlying very important aspects of physiology: how our cells can keep time” 라는 문구는 우리 몸의 세포가 생체시계를 어떤 식으로 조절하여 생체 내 현상들을 조절하는 지를 발견해 낸 중요한 연구라는 의미다.

잠이 부족하고 생체리듬이 자주 깨지게 되는 현대사회에서 해외여행에 따른 시차적응이나 교대 근무와 같은 사회적 문제들을 우리가 앞으로 어떻게 해결할 수 있을지에 대한 중요한 정보들을 제공해 준다.

이번 노벨 생리의학상을 수상한 연구자들은 세포핵 안에 있는 특정 유전자와 이 유전자가 발현시키는 단백질 간의 상호작용을 통해 일주기성 리듬이 형성된다는 것을 밝힌 바 있다.

이러한 일주기성 리듬은 모든 생명체에서 관찰되며 개체 안의 개별 장기 안에서도 일주기성 리듬이 이 관찰된다는 점이 후속 연구들에서 밝혀진 바 있다.

불가피하게 이러한 일주기성 리듬이 손상되는 경우, 수면 장애 이외에도 심혈관계 질환, 당뇨와 같은 대사성 질환, 치매와 같은 퇴행성 질환, 종양성 질환 등이 증가될 수 있다.

최근에는 수면의 양과 함께, 일주기성 리듬의 변화가 알츠하이머병 등의 발생에도 영향을 미친다는 점도 확인된 바 있었다.

또 최근에는 일주기성 리듬 조절을 통해 항암제 치료 효과를 극대화하는 연구를 포함하여 약제가 가장 효과적으로 반응하는 시점을 파악해 치료에 적용하는 방법 등 다양한 임상 연구에도 일주기성 리듬이 활용되고 있다. 

한편 마이클 로스바시(Michael Rosbash)는 미국의 유전학자이자 시간 생물학자(주기적으로 변화하는 시간과 생명현상의 관계를 연구하는 학문)이다. 미국 브랜다이스대(Brandeis University) 생물학과 교수로 재직하고 있으며, 하워드 휴스 의학 연구소(Howard Hughes Medical Institute)에서 연구원으로 재직하고 있다.

로스바시 교수는 1984년 초파리(Drosophila)의 period유전자를 복제하는데 성공했고, 1990년에는 서캐디안 시계(circadian clocks)에 대한 전사(transcription; DNA가 RNA에 유전정보를 복사하는 과정)와 번역(Translation: RNA가 이를 생명현상에 필요한 단백질로 바꾸는 것) 사이에 음성 되먹임 고리(Negative Feedback Loop)가 있다는 가설을 제시했다.

1998년에는 순행유전학(forward genetics)*적 접근법을 통해 초파리의 주기(cycle)관련 유전자, 시계(clock) 관련 유전자, 그리고 광수용체인(photorecptor)인 크립토크롬(Cryptochrome)라는 단백질을 발견했다.

*유전학에서는 궁극적으로 유전자의 기능을 알아내기 위해 다양한 검사법을 사용한다. 이 중 순행유전학은 개체가 가지고 있는 특징에서부터 출발하여 궁극적으로는 이의 원인이 되는 유전자나 유전자 집단을 찾는 방법이다. (반대의 경우, 특성이 알려진 유전자를 두고 이를 없앴을 경우 나타나는 특성(표현형)을 찾는 것을 두고 역방향적 접근(reverse genetics)라고 한다)

마이클 영(Michael W. Young)은 초파리(Drosophila) 내에서 수면과 각성에 있어 유전자가 어떤 패턴으로 조절되는지에 대해 30년 이상을 연구해왔다.

그는 초파리가 정상적인 수면 주기를 가지기 위해 반드시 필요한 period 유전자의 기능을 밝혀냈다. 나아가 시계유전자의 하나인 tim (timeless) 유전자와 dbt(doubletime) 유전자를 찾아냈는데, 이는 단백질, 서캐디안 리듬(circadian rhythm)에서 핵심적인 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

제프리 홀(Jeffrey C. Hall)은 초파리들의 짝짓기와 행동 리듬에 대한 신경학적 구성요소를 연구하는데 한 평생을 바친 유전학자이자 시간 생물학자이다. 생체시계(biological clocks)에 대한 핵심적인 메커니즘을 밝혀냈으며, 성별에 따른 신경계 차이점에 처음으로 주목한 학자다.

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