노벨 생리의학상은 산소가 부족할 때 몸속에서 일어나는 일을 밝혀낸 과학자 세 명에게 돌아갔요. 우리 몸은 산소가 부족한 긴급 상황을 어떻게 감지하고, 대처하는 걸까요?

높은 곳에 올라가거나 심한 운동을 하면 우리 몸은 산소가 부족해지며 긴급 상황에 돌입해요. 산소를 옮기는 적혈구 수를 대폭 늘리고, 혈관을 생성하는 등 생명을 유지하기 위해 여러 조치를 취하지요. 이 과정을 조절하는 핵심 요소는 저산소 조절 인자라 불리는 ‘히프 알파(HIF-α) 단백질’이에요.

HIF-α 단백질은 우리 몸의 모든 세포에 존재해요. 그러다 산소가 부족해지면 세포 핵 안으로 들어가 DNA 속 100여 개의 유전자와 결합하지요. 그럼 HIF-α 단백질과 결합한 유전자들이 발현되어 각기 제 기능을 수행해요. 그중 이포(EPO) 유전자는 적혈구를 만든답니다. 그 결과 적혈구가 많아져 산소가 온몸 구석구석 전달되지요.

이번 노벨 생리의학상 수상자 중 한 명인 미국 존스홉킨스대학교 그레그 서멘자 교수는 1991년 EPO 유전자를 이용해 HIF-α 단백질을 발견했어요. 우선 서멘자 교수는 사람의 간세포를 대량으로 배양한 뒤, 세포에서 EPO 유전자만 분리시켰어요. 그리고 이 유전자를 쥐 세포의 핵에 넣었지요. 이때 한 그룹엔 충분한 산소를, 다른 그룹엔 1~2%의 산소를 공급했어요. 그 결과 적은 양의 산소를 공급한 그룹에서만 EPO 유전자와 결합한 단백질을 찾았답니다. 이 단백질이 바로 HIF-α예요.

그런데 HIF-α 단백질은 도대체 어떻게 산소가 부족하단 사실을 인지하는 걸까요? VHL 단백질 덕분이에요. 산소량에 따라 HIF-α 단백질은 그 구조가 달라져요. 산소가 충분할 때는 산소가 붙고(-OH), 부족할 때는 산소가 붙지 않거든요. VHL 단백질은 이런 HIF-α 단백질의 구조적인 차이를 구분해 산소가 충분할 때만 HIF-α와 결합해요. 두 단백질이 결합하면 HIF-α 단백질은 분해된답니다. 이처럼 VHL 단백질이 HIF-α 단백질의 활동을 조절한다는 사실은 이번 노벨 생리의학상의 또다른 수상자들인 미국 하버드대학교 윌리엄 케일린 교수와 영국 프랜시스크릭연구소 피터 랫클리프 교수 덕분에 2001년 밝혀졌어요.

서울대학교 박종완 교수는 “암세포가 증식하는 과정에서 산소가 부족해지며 HIF-α 단백질이 활성된다”며, “이 단백질을 억제시켜 암을 치료하려는 연구가 계속되고 있다”고 말했어요.