[아이팜뉴스] 올해 노벨상 생리의학상 수상자로 데이비드 줄리어스 미국 캘리포니아 대학 샌프란시스코 생리학과 교수와 아뎀 파타푸티안 미국 캘리포니아 라호야 스크립스연구소 신경과학자가 선정됐다.

스웨덴 카롤린스카 의대 노벨위원회는 4일(현지 시간) ‘온도와 촉각 수용체’를 발견한 공로를 인정해 두 사람을 2021년 노벨 생리의학상 수상자로 선정했다고 발표했다.

노벨위원회는 “올해 생리의학상은 더위와 추위, 촉각을 감지하는 인간의 능력을 만드는 온도와 촉각 수용체를 발견한 결정적인 공헌을 한 2명의 과학자에게 수여한다”며 “사람들은 당연하게 여기는 일상생활에서의 감각 중 온도와 압력을 인지할 수 있는 신경 자극이 어떻게 시작되는지에 관한 문제는 올해 노벨상 수상자들이 해결했다”고 선정 이유를 밝혔다.

두 사람이 발견한 온도수용체와 촉각수용체는 인류의 감각과 환경 사이 복잡한 상호 작용을 이해하는 데 있어 지금까지 누락돼 있던 중요한 연결 고리로 꼽힌다.

줄리어스 교수는 1990년대 후빈 캡사이신을 만졌을 때 느끼는 화끈거리는 느낌을 어떻게 유발하는지 분석해 가능성을 보였다. 캡사이신은 통증 감각을 일으키는 신경 세포를 활성화시키는 물질로 알려져 있었다. 하지만 실제로 어떻게 기능을 발휘하는지는 알지 못했다.

줄리어스 교수는 통증과 열, 접촉에 반응하는 감각 뉴런에서 발현되는 유전자에 해당하는 수백만 개의 DNA 라이브러리를 만들었다. 줄리어스 교수는 이 중 캡사이신에 반응하는 단백질을 만드는 DNA를 가질 것으로 가정했다. 그러나 그들은 캡사이신에 반응하지 않는 배양 세포에서 유전자를 찾았다. 유전자를 찾은 끝에 세포를 캡사이신에 민감하게 만들 수 있는 유전자가 발견됐다. 추가 실험을 통해 이 유전자가 새로운 이온 채널 단백질을 암호화한 것으로 나타났다. 이 수용체는 나중에 TRPV1이라는 이름이 붙었다. 줄리어스 교수는 열에 반응하는 단백질 능력을 조사했을 때 고통스러운 것으로 인식되는 온도에서 활성화되는 열 감지 수용체를 발견했음을 깨달았다.

TRPV1 발견은 추가적인 온도 감지 수용체를 찾아내는 돌파구였다. 줄리어스 교수와 파타푸티안 교수는 멘톨이라는 화학 물질을 사용해 추위에 의해 활성화되는 수용체인 TRPM8을 식별해냈다. TRPV1과 TRPM8과 관련된 추가 이온 채널이 확인됐고, 이 채널은 다양한 온도 범위에서 활성화되는 것으로 나타났다. 많은 과학자들이 이 유전자를 없앤 유전자 조작 생쥐를 이용해 열 감각에서 채널의 역할을 조사하기 위한 연구 프로그램을 찾았다.

온도 감각의 원리는 하나하나 밝혀지고 있었지만 기계적 자극이 어떻게 촉각과 압력 감각으로 전환될 수 있는지는 불분명했다. 과학자들은 박테리아에서 기계적 자극에 반응하는 감각수용체를 발견했지만 척추동물의 감각 원리는 알려지지 않았다. 파타푸티언 교수는 기계적 자극에 의해 활성화되는 수용체를 확인하기를 원했다.

김신형 세브란스병원 마취통증의학과 교수는 “데이비드 줄리어스 교수는 여러 감각 및 통증을 매개하는 중요한 일과성 이온채널형 수용체들을 발견했다. 그 중 일명 ‘캡사이신 수용체’로 불리는 통증 온도 수용체 TRPV1을 처음으로 발견하고 기전을 규명했다. 우리가 매운 음식을 먹었을 때 혀에서 엄청난 자극을 느끼는데, 이것은 매운 음식 속 캡사이신이 혀에 있는 TRPV1 등 온도 수용체를 자극해 매우 뜨겁다 라고 느끼기 때문이다. 이 분자 수용체는 단순히 온도 느끼게 할 뿐 아니라 화끈거림 또는 따끔거림 이라는 통증 감각에도 영향을 주게 되는 것이다. 데이비드 줄리어스 교수의 발견 의의는 하나의 새로운 촉각 분자구조의 발견에 국한된 것이 아니라 난치성 만성통증과 신경병성 통증의 기전 이해에 있어 새로운 시야를 제공했고, 미래의 통증 치료 약제 개발에 새로운 가능성을 열었다”고 평가했다.

파타푸티언 교수팀은 세포를 마이크로피펫 끝단으로 찔렀을 때 측정 가능한 전기 신호를 방출하는 세포주를 확인했다. 기계적 힘에 의해 활성화된 수용체를 이온 채널이라 가정하고 이 수용체를 암호화한 것으로 예측되는 후보 유전자 72개를 찾아냈다. 이후 유전자를 하나씩 비활성화하면서 기계적 감각을 담당하는 유전자를 확인했다.

유전자를 하나하나 변형하는 힘든 검색 끝에 파타푸티언 교수팀은 세포를 찔렀을 때 반응하지 않도록 만드는 유전자를 찾아내는 데 성공했다. 새로운 이온 채널에는 압력을 뜻하는 그리스어에서 유래된 ‘피에조 1’이라는 이름이 주어졌다. 이와 비슷한 두 번째 유전자도 발견돼 ‘피에조 2’로 이름 붙었다.

파타푸티언 교수는 피에조 2 이온 채널이 촉각에 필수적임을 보여주는 논문들을 발표하기 시작했다. 피에조 2는 인체가 신체 위치와 움직임을 감지하는 ‘고유감각’을 찾는 데도 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 연구팀은 피에조1과 피에조2 통로가 혈압과 호흡, 방광 조절과 같은 중요한 생리학적 과정을 조절하는 것도 발견했다.

지난해 노벨생리의학상은 C형간염을 유발하는 바이러스를 발견한 연구의 공로를 인정받은 3명의 과학자가 수상했다.

노벨위원회는 이날 생리의학상 발표를 시작으로 5일 물리학상, 6일 화학상, 7일 문학상, 8일 평화상, 11일 경제학상 수상자를 각각 발표할 예정이다. 수상자들은 노벨상 메달과 1000만 스웨덴 크로나(약 13억원)를 받게 된다.

한편 지금까지 한국인 중에선 유일하게 고(故) 김대중 전 대통령이 2000년 노벨 평화상을 수상한 바 있다. 하지만 한국인 중 과학 분야 노벨상 수상자는 없다.