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인간의 몸을 구성하는 최소 단위 ‘세포’는 포도당을 에너지로 사용한다. 인체의 성장은 ‘세포의 분열과 성장’으로 이뤄지는데, 이때 에너지원이 되는 포도당은 체세포뿐만 아니라 모든 세포가 분열하는 근원으로 생각된다.
그런데 인체에서 무한하게 증식하는 ‘암세포’는 일반적인 체세포와 다르게 포도당이 아닌 아미노산을 바탕으로 증식하는 것이 연구로 밝혀졌다.
인체는 약 60조 개의 세포로 구성돼 있으며, 이들 세포는 세포 분열로 거듭난다. 하지만 일반적인 세포 분열의 횟수는 제한이 있지만 암세포는 제한이 없어 무한 증식하는 것이다.
따라서 우리 몸의 어딘가에 암세포가 조금이라도 있으면 시간이 지나면서 증식해 다른 조직이나 장기로 전이하는 것이다.
기존에는 암세포를 포함한 세포 분열은 당의 일종인 글루코스(포도당)가 에너지원으로 생각돼 왔다.
하지만 미국 매사추세츠공과대(MIT)의 생물학자들이 시행한 새로운 연구에서는 암세포 분열에 가장 큰 에너지원은 포도당이 아닌 아미노산인 것으로 밝혀졌다.
이는 암세포의 에너지 대사를 관찰해 발견한 것으로, 암세포의 성장과 분열을 억제하는 신약을 개발하기 위한 새로운 단서가 될 가능성이 크다.
이번 연구에 책임저자로 참여한 매튜 판데르 하이덴 생물학과 부교수는 “만일 당신이 암세포의 에너지 대사를 관측하려 한다면, 실제 발생하는 에너지와 사용되는 에너지가 얼마나 다른지를 이해할 필요가 있다”고 말했다.
1920년대에는 암세포가 정상 세포와는 다른 에너지에 의해 생성되는 것으로 알려졌다. 이 현상을 발견한 독일인 생화학자 오토 바르부르크 박사의 이름에서 따서 ‘바르부르크 효과’라고 불렀다.
이 효과는 암세포가 산소 호흡보다 비효율적인 에너지 생산인 ‘발효’(fermentation)를 에너지원으로 하는 것이다. 그리고 암세포가 발효로 생성된 에너지를 새롭게 증식할 암세포의 기초로 사용하기 위해 대량의 포도당을 체세포에서 해로운 젖산으로 바뀌는 것으로 생각했다.
또 새로 증식한 암세포뿐만 아니라 빠르게 분열하는 포유류의 체내 세포도 같은 원리로 분열하는 것으로 생각하는 연구결과도 발표되고 있었다.
이에 대해 하이덴 박사는 “포유류는 다양한 음식을 먹으므로 음식이 어떻게 세포 분열에 관여하는지는 아직 밝혀지지 않았다”고 설명했다.
이런 현상을 검증하기 위해 하이덴 박사는 여러 암세포와 정상 체세포를 배양한 접시에 넣고 분열할 때 무엇을 에너지로 사용하는지를 관찰했다. 이 실험에서는 이들 세포에 여러 영양소를 제공하고 원래 세포가 사멸할 때까지 지속해서 관찰했다고 한다.
또한 연구팀은 관찰 이후 분열 전후의 세포 무게를 측정했다.
그 결과, 포도당과 아미노산, 글루타민을 영양소로 준 암세포의 부피가 많이 늘어난 것으로 나타났다.
하지만 포도당과 글루타민은 암세포 대부분의 구성에 거의 효과가 없던 것이 밝혀지고 있으며, 포도당은 10~15%, 글루타민은 10%의 효과밖에 없었다고 연구팀은 설명했다.
반면 아미노산은 암세포의 기초가 되는 단백질 구축에 큰 영향을 주고 있는 것으로 밝혀져 무려 새로운 암세포의 20~40%를 구축하는 데 기여했다.
이번 연구에 직접 참여하지 않았지만 연구논문을 분석한 자레드 루터 미 유타대 생화학과 교수는 “MIT 연구팀이 포도당과 글루타민, 기타 분자가 포유류의 세포 증식에 어떤 영향을 주는지를 엄격하고 정량적으로 조사했다”고 말하면 이번 결과를 지지했다.
이에 대해 하이덴 교수는 “세포는 대부분이 단백질로 구성돼 있으므로 이번 연구는 매우 놀라운 결과”라고 말했다.
또 “만일 벽돌집을 짓고 싶다면, 진흙에서 벽돌을 만드는 것부터 시작하는 것보다 많은 양의 벽돌을 사용하는 것부터 시작하는 것이 쉽게 집을 지을 수 있다”면서 “이는 아미노산이 세포 분열의 에너지원이 되는 것이 진흙에서 벽돌을 만드는 것부터 시작하는 것과 같다”고 말하면서 암세포가 아미노산을 사용하는 특이성을 지적했다.
하지만 이번 연구로도 인간의 체세포가 분열할 때 대량의 포도당을 소비하는지는 알 수 없었다고 연구팀은 말했다.
한편 이번 연구성과는 세계적 학술지 셀(Cell) 자매지인 ‘디벨롭멘탈 셀(Developmental Cell) 7일자 온라인판에 게재됐다.
사진=ⓒ포토리아
윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
