우리 몸은 외부에서 들어오거나 자체적으로 생성된 독성물질을 자동적으로 처리함으로써 그로 인한 위해를 미연에 방지하는 것으로 알려져 있다. 그런데 간혹 이 같은 ‘쓰레기 처리’에서 빠지는 물질이 생길 수 있고, 이로 인해 질병 같은 문제가 발생할 수 있다는 추정이 가능하다.

미국 럿거스대 과학자들은 알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환이 인접 세포에 나쁜 영향을 끼치는 독성단백질을 처리하는 뇌세포와 관련이 있다는 연구를 과학저널 ‘네이처’(Nature) 최근호에 발표했다. 독성 단백질이 알츠하이머 병과 파킨슨 병과 같은 신경 퇴행과 질병을 퍼뜨릴 수 있다는 사실을 발견한 것이다.

세포는 쓰레기를 어떻게 방출하나

이 대학 모니카 드리스콜(Monica Driscoll) 분자생물학 및 생화학 석학교수팀은 건강한 뇌신경세포(뉴런)는 뇌세포에서 독성 단백질과 손상된 세포 구조를 분류해 제거할 수 있어야 하나 실험실 연구 결과 반드시 그렇게 되는 것만은 아니라는 사실을 발견했다.

드리스콜 교수는 이 연구 결과는 인간의 신경계 질환 연구에 중요한 영향을 미치는 한편 뇌에 질병이 퍼지는 방법을 제시한다고 말했다.

그는 “정상적으로 쓰레기를 버리는 과정은 좋은 일이지만, 알츠하이머병이나 파킨슨병 같은 신경퇴행성 질환이 있으면 뉴런을 보호하는 이 중요한 ‘쓰레기 처리과정’이 잘못 관리될 수 있고, 이럴 경우 인접 세포에 해를 끼친다”고 설명했다.

드리스콜 교수에 따르면 그동안 과학자들은 독성 세포물질을 제거하는 과정이 세포 안에서 내부적으로 어떻게 작동하는지를 이해하고 이를 폐기물을 버리는 청소작업에 비유했으나, 세포가 쓰레기를 어떻게 외부로 방출하는지는 몰랐다는 것이다.

그는 “우리가 알아낸 것은 쓰레기를 모아 이를 쓰레기 버리는 날 내다 놓는 사람에 비유할 수 있다”며, “이들은 유용한 것들 속에서 쓰레기를 적극적으로 선택하고 분류하지만 실제로 쓰레기를 깜박 잊고 끄집어내지 않으면 그 쓰레기가 문제를 일으킬 수 있다”고 말했다.

꼬마 선충 연구 통해 독성물질 처리 기전 발견

드리스콜 교수팀은 분자 형태나 기능 및 유전성이 인간과 유사하고 수명이 3주인 ‘예쁜 꼬마 선충’(C. elegans) 관찰을 통해 이 선충이 외부 쓰레기 제거 메커니즘을 가지고 있고 이를 통해 독성 단백질을 처리한다는 사실을 발견했다.

드리스콜 교수 연구실의 대학원생이자 논문 제1저자인 일리야 멜렌티예비치(Ilija Melentijevic)는 몇몇 선충들의 세포 밖에서 작고 구름 같은 밝은 얼룩(blob)이 관찰될 때 바로 이런 쓰레기 처리가 이루어진다는 사실을 발견했다. 그는 2년 이상 이 과정을 모니터하고 이를 정지화상으로 촬영한 끝에 마침내 과정 중반부의 사진을 확보할 수 있었다.

당시 학부 학생이었던 멜렌티예비치는 실험실에서 3일 동안 현미경으로 선충을 관찰하며 매 15분마다 사진을 찍었다. 그는 “선충이 매우 역동적이어서 관찰하기가 어려웠는데 나타났나 싶으면 이튿날 사라져 버렸다”고 말했다.

알츠하이머병과 파킨슨병 치료에 새 접근법 제시

선충은 수명이 짧기 때문에 이를 이용한 연구는 과학자들에게 수명이 긴 사람이나 다른 생물체에서는 수행하기 어려운 노화에 대한 중요한 정보를 제공해 왔다.

이번의 새로운 연구에서 럿거스 연구팀은 헌팅턴병이나 알츠하이머병과 관련된 인간 질병 단백질을 생산하도록 조작된 선충이 신경퇴행성 독성물질로 구성된 더 많은 쓰레기를 배출했다는 사실을 발견했다. 쓰레기가 배출되지 않고 남아있는 세포의 인접 세포들이 독성물질 일부를 분해하는 동안, 좀더 먼 거리에 있는 세포들은 다른 질병 단백질들을 제거했다.

드리스콜 교수는 “작은 선충을 통한 이번 연구는 알츠하이머병이나 파킨슨병 같은 신경퇴행성 질환 치료에 필요한 새로운 접근법을 제시해 준다”고 강조했다.