올해 노벨생리의학상 수상자들의 가장 큰 업적은 사람의 세포가 체내 산소 공급의 변화에 어떻게 적응하지는 지에 대한 분자적인 메커니즘을 규명, 빈혈과 암, 심근경색 등 질병을 치료할 수 있는 단초를 제공했다는 점이다.이들은 이런 연구성과로 2016년에는 미국의 노벨상으로 불리는 '알버트 래스커상'을 수상해 이미 연구업적을 인정받았다.
사람을 비롯한 동물의 삶에 없어서는 안 되는 산소는 세포 내에서 영양소를 에너지로 변화시키는 역할을 한다.
하지만, 이런 산소의 중요성과 달리 세포가 산소 수준의 변화에 어떻게 적응하는지는 과학계가 밝혀내야할 오랜 숙제였다.예컨대, 고산지대에 있거나 빈혈 등 질환으로 저산소 상황에 부닥친 경우 전신적 또는 국소적으로 저산소증에 빠지게 되는데, 이때 세포들이 어떤 식으로 저산소 상황에 대처하는가에 대한 근본적인 궁금증이었다.
이번 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, 우리 몸이 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.
제갈동욱 서울성모병원 진단검사의학과 교수는 "저산소 상황에서 문제의 출발점이 HIF-1α 분자라고 보면 된다"면서 "이로부터 시작해 많은 질환의 연관 메커니즘이 밝혀지고, 치료제 개발에도 크게 기여했다"고 평가했다.서울아산병원 종양내과 이대호 교수는 "항암치료나 방사선 치료를 할 때 암은 이미 저산소 상태에 빠져 있기 때문에 왜 치료제가 잘 안 듣는지, 약제가 효과가 없는지를 알 수 없었다"면서 "이런 문제에서 앞으로 어떻게 치료 효과를 높일지에 대한 해답을 제시한 업적이 크다"고 말했다.