“암 예방 3가지 방법”… 세포는‘자살’이라고 하는 최종 수단을 가지고 있다

[디지털비즈온 최유진 기자] 도쿄 대학 의과학 연구소 인간 게놈 해석 센터 '나카이 켄타' 교수는 일본 ’현대비즈니스’에 “「암화」를 막는 「3가지 방법」이 너무 굉장하다… 무려 세포는 「자살」이라고 하는 최종 수단을 가지고 있었다.” 라는 제목으로 기사를 실었다.

현대 비즈니스는 “스트레스에 노출되는 DNA는 어떤 것이 있는지, 그리고 스트레스로부터 몸을 지키는 구조에 대해 설명하면서도 확실히 일어나는 손상의 의미를 생각해 보겠습니다.”라고 하면서 나카이 켄타 교수의 『새로운 게놈의 교과서―DNA로부터 찾는 최신・생명 과학 입문』을 일부 재 편집후 소개했다.

이러한 전문적인 기사는 국내외 찾아보기 힘든 내용으로 국내 독자들에게도 유익한 정보라고 판단되어 디지털비즈온이 재인용하여 요약 소개한다.

◇스트레스에 노출된 게놈

인체는 끊임없이 병원성 세균이나 바이러스 등에 의한 공격에 노출되고 있을 뿐만 아니라, 다양한 화학물질이나 자외선·방사선 등의 환경 스트레스에 노출되고 있다.

생체 내에도 산소 분자가 보다 반응성이 높은 상태가 된 활성 산소 등의 위험 인자가 존재하고, 그들은 생체 반응에서 유용한 작용을 하는 반면, 세포내 분자를 산화시켜 인체에 손상을 준다.

세포에는 이것을 다루는 항산화 방어 기구가 갖추어져 있지만, 어떤 원인으로 이것이 충분히 작동하지 않게 되면, 산화 스트레스를 받아 게놈 DNA에도 종종 심각한 손상을 일으킨다. 이것은 핵 DNA뿐만 아니라 미토콘드리아 DNA도 대상이 된다.

◇핵 이외에도 DNA가 존재한다

진핵 생물의 세포 내에는, 핵 이외에도 몇 종류의 생체막에 싸인 구조체가 있어, 세포 소기관이라고 불리는 것을 소개했다. 그 대표적인 것 중 하나는 미토콘드리아 였다.

또한 식물 세포에는 미토콘드리아 외에도 엽록체라고 불리는 자체 세포 소기관이 있다. 이 미토콘드리아와 엽록체는 핵내의 것과 비교하면 압도적으로 짧지만 독자적인 DNA를 가지고 있다.

통상, 인간 게놈이라고 하는 경우는, 핵내 DNA가 가지는 정보를 가리키지만, 예를 들면 미토콘드리아가 가지는 DNA도 ‘미토콘드리아 게놈’이라고 하는 방법을 하고, 인간이 가지는 유전 정보의 총체라고 하는 관점에서 인간 게놈이라고 불리는데 어울린다고 했다.

미토콘드리아는 수정시 난자로부터 계승되기 때문에, 기본적으로는 어머니만으로부터 유전한다고 생각되고 있다. 미토콘드리아 게놈도 우리의 생존에 중요한 일을 하고 있다.

미토콘드리아는 자발적으로 분열하고, 세포 내에 다수 존재하기 때문에, 세포 분열시에는, 자연스럽게 각각의 세포에 계승되어 간다. 활성 산소 등에 의한 손상은 오히려 핵 DNA보다 미토콘드리아 DNA 쪽이 손상되기 쉽다고 했다.

◇염색질 구조란?

인간을 비롯한 진핵생물의 DNA(인간의 경우의 총연장은 1.8m에 달한다고 한다)는 직경 10㎛ 정도의 핵 중에서 염색질이라는 단백질이나 RNA 등과의 복합체로서, 더욱 (인간에서는 23쌍의) 염색체라고 하는 단위로 나누어져 존재하고 있다.

DNA는 핵산이라고 하는 산의 일종이며, 부의 전하를 띠고 있기 때문에, 핵 중에서는 양전하를 띤 염기성의 히스톤이라고 하는 단백질과 결합하는 것으로 안정적이고 콤팩트하게 존재하고 있다.

히스톤(Histone/단백질)에는 여러 종류가 존재하지만 그 주요한 것은 H1, H2A, H2B, H3, H4의 5종류이다. 이 중 H2A, H2B, H3, H4는 코어 히스톤이라고 불린다.

이들이 각각 2개씩 모여 팔량체(8분자 복합체)를 형성한 것에 약 146염기의 DNA가 약 1.65회 감긴 구조를 ‘뉴클레오좀’이라고 한다.

크로마틴 구조는 DNA가 효율적으로 유지될 뿐만 아니라 다양한 DNA의 작용에 관여하며, 수리도 그 중 하나로 여겨지고 있다.

◇DNA 손상에 대항하는 3개의 방어 라인

DNA에 대한 손상이 축적되면 세포 분열의 통제가 불가능해져 암으로 발생하는 위험성이 높아진다.

세포는 이것을 다루는 몇 가지 방법을 가지고 있었다. 첫 번째는 다양한 DNA 복구 메커니즘을 소개했다.

이 메커니즘이 성공적으로 대응할 수 없는 경우, 두 번째 가능성은 세포가 자발적으로 또는 돌이킬 수 없게 분열을 중단 한 상태가 될 수 있다고 했다.

이것을 세네센스(세포노화)라고 한다. 세네센스는 헤이플릭 한계(세포의 분열 횟수의 한계치)를 넘은 세포의 상태에 있어서 텔로미어(염색체의 말단에 있는 구조. 세포 분열을 반복할 때마다 짧아진다)의 소실도 일종의 중대한 DNA 손상으로 인식 된다.

활발하게 분열하고 있는 세포 등의 경우는, 제3 아폽토시스라고 하는 최종 수단에 나온다. 아폽토시스는 프로그램 세포 ‘죽음’ 이라고도 불리며, 세포 자체가 자살함으로써 주변 세포에 대한 악영향을 억제하기 위한 구조이다 제거되는 등 일반적인 과정에서도 사용된다.

이처럼 DNA 복구의 구조는 암이나 노화와의 관계가 깊다. 실제로 암의 원인 유전자와 노화 관련 유전자 에는 DNA 복구에 관련된 유전자가 많이 있다고 소개했다.

◇손상된 DNA가 복제되지 않는 게이트

DNA에서 발생하는 화학 변화는 다양했다. 일반적으로, 단일 염기 또는 수 염기가 화학적으로 변형되고 때로는 한 가닥에서만 다른 염기가 된다. 유사한 현상은 DNA 복제시 복사 실수로 인해 발생한다.

또한 DNA의 한쪽 또는 두 가닥이 모두 절단 될 수 있다. 이들을 수리하기 위해서는 기본적으로 가이드가 되는 정답이 필요했다.

예를 들어 세포주기의 상태에 따라서는 이중가닥이 풀리고 있는 등 정답을 쉽게 얻을 수 없는 경우도 있다 얻는다. 따라서 DNA 복구는 세포주기의 제어와도 밀접하게 관련되어 있었다.

즉 여러 세포주기 체크포인트가 있으며, DNA 손상 등이 검출되면 다음 단계로의 진행을 멈추는 구조로 되어 있다고 설명했다.

◇DNA 손상은 진화를 초래 한다

세포에는 다양한 DNA 복구 시스템이 존재하고, 게놈 정보를 정확하게 유지하도록 큰 노력을 기울이고 있다.

DNA에 발생하는 손상의 수는 하루에 세포 당 100 만 개에 달하는 것으로 알려져 있으며, 그 중 일부는 수리 할 수 ​​없거나 오류가 있는 형태로 수리 되며 복제시 복사본 실수를 포함하여 돌연변이 형태로 축적된다.

돌연변이가 생식세포에서 일어났을 때에는 그것이 차세대에 계승되어 갈 수 있어 진화의 원인이 될 수 있다. 일반적으로 DNA 복구 정밀도가 높은 유기체의 진화 속도는 느려져야 한다고 소개했다.

반대로, 인플루엔자 바이러스 등의 RNA 단일 가닥 바이러스는 굳이 수복에 노력을 들이지 않고 높은 변이율로 차례로 새로운 유전자형을 만들어 숙주의 방어 시스템을 회피하는 전략을 취하고 있다고 했다.

매년 겨울에 새로운 유형의 인플루엔자 바이러스가 등장하여 우리를 괴롭히는 원인도 여기에 있다고 했다.

한편 대한 암학회에서 권장하는 7가지 암예방 수칙으로는 “흡연, 지방과 칼로리를 제한, 과도한 양의 알코올 섭취를 제한, 너무 짜고 맵거나 불에 직접 태운 음식 삼가, 과일·채소 및 곡물류를 충분히 섭취, 적당한 운동, 스트레스를 피하고 기쁜 마음으로 생활해야 된다.”고 권장하고 있다.