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[표지로 읽는 과학]죽음을 예고하는 세포시계 ‘텔로미어’

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[표지로 읽는 과학]죽음을 예고하는 세포시계 ‘텔로미어’

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더사이언스는 한 주간의 세계 주요 학술소식을 모은 ‘표지로 읽는 한 주의 과학’을 연재합니다. 이 코너는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’와 ‘네이처’, ‘셀’에 발표된 표지 논문을 재미있는 설명을 덧붙여 소개합니다. 매주 과학계의 전문가들이 엄선한 저널의 표지는 여러분을 학술적 흥미와 심미적인 과학의 세계로 이끌 것입니다. 이번 주 ‘사이언스’는 거북이 등껍질의 기원과 형태에 주목했습니다. ‘네이처’와 ‘셀’은 모두 세포를 다뤘습니다. 네이처는 세포분열과정에서 일어나는 염색체 이상을, 셀은 텔로미어를 살폈습니다. 텔로미어는 세포의 생명을 알려주는 ‘세포시계’라고 합니다. - 에디터 주 갈비뼈가 만든 등껍질 사람 몸은 보통 206개의 뼈로 이뤄졌다. 뼈는 체형을 만들고 중요한 장기를 보호하는 역할을 한다. 또 근육을 움직여 운동할 수 있도록 하는 일도 뼈의 존재 이유다. 이번 주 ‘사이언스’ 표지에는 세 동물의 뼈대그림이 실렸다. 닭, 쥐, 거북이의 뼈도 사람처럼 얽히고 섥혀 있다. 한 눈에 봐도 공통점이 없어 보이는 이 동물은 원래부터 이렇게 달랐을까. 아니다. 막 수정된 배아 상태였을 때는 모두 꼬리처럼 보이는 긴 척추에 큰 머리와 짧은 팔을 갖고 있어 구분이 힘들 정도. 이는 사람도 마찬가지다. 하지만 시간이 지나면서 닭은 짧았던 팔이 길어져 날개를 갖게 되고 쥐는 꼬리가 길어진다. 거북이도 단단한 등껍질이 발달해 몸을 감싼다. 그동안 거북이가 어떻게 딱딱한 등껍질을 갖게 되는 지는 정확하게 밝혀지지 않았다. 일본 연구진은 닭, 쥐, 거북이 등 각 동물이 배아에서 어떻게 분화하는지 관찰한 결과 “거북이는 갈비뼈에 붙어있는 근육이 접히면서 갈비뼈가 등껍질로 발달한다”고 말했다. 연구진은 어깨뼈가 갈비뼈 밖에 있는 다른 동물과 달리 어깨뼈가 갈비뼈에 있는 거북이의 특징과 관련 있다고 설명했다. 최근 거북이를 애완동물로 키우는 사람들이 늘고 있다. 특히 레오파드 육지거북처럼 등껍질무늬가 멋진 거북이 인기다. 무늬의 아름다움뿐 아니라 등껍질이 어떻게 만들어지는지도 안다면 거북이를 더욱 잘 이해할 수 있지 않을까. 몸 안에서 일어나는 ‘변종’ 불꽃놀이 마치 네 개의 노란 불꽃이 검은 밤하늘을 수놓는 것처럼 보이지만 노란 불꽃은 화약이 아니라 우리 몸 안에 있는 방추사다. 방추사는 하나의 세포가 두 개로 나뉠 때 염색체를 동일하게 나누는 중요한 역할을 한다. 세포분열은 다음과 같은 방식으로 진행된다. 먼저 세포가 분열하기전 염색체 수는 두 배로 늘어난다. 2개의 중심체가 세포 양 끝으로 이동한다. 중심체에서 실 같은 방추사가 나와 염색체를 일대일 비율로 잡아당긴다. 방추사에 이끌려 염색체가 양 끝으로 이동하면 세포는 두 개로 나뉜다. 간단한 것 같지만 매우 정교한 과정이다. 이번 주 ‘네이처’는 이런 세포분열을 다뤘다. 세포분열을 할 때 중심체가 2개가 아니라 여러 개일 경우 비정상인 딸세포가 만들어진다는 것. 예를 들어 중심체가 4개면 염색체는 20:30:15:35 비율로 나뉠 수 있다는 말이다. 이런 딸세포는 제대로 기능을 할 수 없어 얼마가지 못해 죽음을 맞이한다. 염색체 이상은 유전자의 일부가 없어지고 배열순서가 바뀌거나 특정 유전자가 반복될 때 주로 나타난다. 생물학에서는 이런 과정을 결실, 역위, 반복이라고 표현한다. ‘네이처’ 표지 논문은 다른 방법으로도 염색체 이상이 나타날 수 있다는 사실을 보여준 셈이다. 연구를 진행한 미국 연구진은 “종양의 특징 중 하나가 세포 안에 다수의 중심체가 생겨 염색체를 비정상적으로 나누는 것”이라며 “이번 연구는 암의 원인을 이해하는데 도움이 될 것”이라고 말했다. 세포시계 ‘텔로미어’의 비밀 우리 몸의 세포는 수명이 얼마 남았는지 알려주는 ‘세포시계’를 달고 있다. 이 시계는 세포 복제 과정에서 중요한 역할을 한다. 세포 유전자(DNA) 양끝에는 ‘TTAGGG’가 반복되는 염기서열이 있다. 이를 ‘텔로미어’라고 부른다. 텔로미어는 ‘끝’을 뜻하는 그리스어 ‘telos’와 ‘부위’를 뜻하는 ‘meros’의 합성어다. 마치 운동화 끈 양끝이 헤지지 않도록 플라스틱으로 감싼 것처럼 염색체의 끝부분이 분해되거나 다른 염색체와 섞이지 않게 하는 역할을 한다. 세포분열이 한 번, 두 번 반복될수록 텔로미어 길이는 짧아진다. 마침내 더 이상 짧아질 수 없게 되면 세포는 죽음을 맞이한다. 텔로미어는 세포의 수명을 알려주는 세포시계인 셈이다. 이번 주 ‘셀’은 복제되고 있는 텔로미어 DNA를 표지 사진으로 꼽았다. 텔로미어 복제가 제대로 이뤄지지 않으면 어떻게 될까. 세포가 당초 예상 수명보다 일찍 죽어 몸 안에서 문제를 일으킬 수 있다. 미국 연구진은 “‘TRF1’라는 단백질이 텔로미어를 효율적으로 복제하는데 도움을 준다”고 설명했다. 이 단백질은 DNA를 복제할 때 꽈배기처럼 꼬인 DNA를 각각의 가닥으로 푸는 헬리케이스와 상호 작용해 그런 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

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