[바이오칼럼]단백질이 뭐길래?

【머니투데이 바이오뉴스는 단백질신약에 대한 이해를 돕기 위해 이종서 에이비프런티어 대표의 칼럼을 10회에 걸쳐 연재할 예정이다. 이 대표는 86년 서강대 생물학과를 졸업하고, 연세대 생화학과에서 석사, 교토대에서 병리학(암신호전달)으로 의학박사를 취득했다. 91년 종근당 책임연구원으로 시작, 교토대 바이러스연구소 연구원, 하버드 의대 연구원, 랩프런티어 바이오사업본부장 등을 역임했다.】

생명체는 태어날 때 부모로부터 유전물질을 물려받는다. 이 소중한 유전물질 속에는 4개의 작은 구성화합물들이 마치 암호문처럼 어떤 의미를 담고 있는 일정한 순서로 정렬되어 기차 길과 같은 긴 줄을 이룬다. 바로 이곳에 생명에 관련된 모든 정보가 적혀 있다. 필요한 시점이 되면 이곳의 유전물질 정보 하나 하나가 20가지의 아미노산 중 어떤 것을 표현하고 있는지 순서대로 읽혀진 후 이들 아미노산을 다시 연결 합성하여 기본 기능을 수행할 단백질을 만드는데 이러한 유전인자의 기본단위를 유전자라 일컫는다.


게놈 프로젝트에 의해 밝혀진 것처럼 사람은 약 2만3000개의 유전자를 갖고 있으며 이에 따른 각기 다른 단백질들을 만들 수 있다. 그렇다면 사람은 유전자수와 동수의 단백질을 갖고 있을까? 과학자들이 밝혀낸 바로는 1개의 유전자에서 한 개의 단백질이 나올 수도 있지만 우리의 몸 안에서는 필요에 따라 유전물질을 읽어나가는 방식을 바꾸어 본래1개 이외에도 여러 단백질이 나올 수 있으며 일단 단백질이 만들어진 후에도 체내의 환경에 따라 다양한 형태로 변형되어 약 100만개 정도의 단백질이 우리 몸 속에 있을 것이라 여기고 있다.

몸 속에서의 단백질 역할은 무엇일까? DNA라 일컫는 유전물질은 우리 몸 속에 살아나갈 정보임에 반해서 단백질은 실제 우리 몸 속의 일꾼으로 일컫는다. 근육에서 머리카락 같은 기본적인 우리 신체 조직의 핵심구성 성분일 뿐 아니라 음식물을 분해하거나 에너지를 발생하는 효소, 성장과 환경에 반응하는 호르몬과 신호전달 인자, 외부물질로부터 우리를 지키는 면역시스템 등 체내의 시스템을 총괄하고 있다. 아무리 사람이 A라는 유전자를 갖고 있어도 그것이 실제로 단백질로 전환되어 역할을 하지 않으면 아무런 의미가 없게 되는 것이다. 이러한 이유에 같은 형제 자매가 서로 같은 유전자를 물려 받아도 사람에 따라 유전자의 발현 형태나 질환의 발생 유무가 다르게 나타나는 이유인 것이다.

이처럼 사람 몸 속의 단백질은 우리의 신체를 항시 최적의 상태로 유지하기 위해 실시간으로 변화되고 조절되고 있다. 이를 통해 한 생명의 생로병사가 이뤄지게 된다. 아기 때부터 성인, 노인에 이르기까지 각기 다른 단백질이 발현되었다가 그 역할이 필요 없을 때 사라진다. 필요한 단백질이 너무 많이 생기거나 적게 생길 때, 만들어진 단백질이 다른 단백질들과 공동 협력의 임무를 제대로 수행 못할 때, 만들어진 단백질이 제때에 분해되어 사라지지 못할 때 또는 너무 빨리 분해 될 때 신체 기능에 문제가 발생되고 질환으로 발병된다.

만약 실시간으로 우리 몸 속의 100만가지 단백질의 모든 변화를 볼 수 있다면 어떤 일을 상상할수 있을까? 현재까지 정복되어야 할 암, 당뇨 등 98% 이상의 질환들이 바로 단백질의 발현 이상에서 비롯되고 있으므로 질병자체에 대한 전체적인 이해와 더불어 진단, 치료방법이 열릴 것이다. 또한 노화를 비롯한 모든 생명현상을 이해할 수도 있게 된다.


어떻게 하면 우리 몸 속의 질환관련 단백질의 양을 결정할 수 있겠는가? 현재 병원이나 연구기관에서 혈액 또는 소변 검사를 통해 우리가 알고자 하는 단백질을 찾아내고 양을 결정하는 역할은 항체를 이용한 방법을 사용한다. 예를 들어 임신진단키트나 간염바이러스진단키트에는 그에 관련된 단백질에 대한 항체가 키트 속에 들어 있어 진단이 가능하다. 따라서 앞으로 해석되어야 할 인체 단백질에 대해서도 항체는 계속 필요한 것이다.

항체란 우리 몸 이외의 물질이 체내로 들어왔을 때 이를 면역시스템이 인식하고 그물질 만을 선택적으로 없애기 위해 만드는 단백질을 말한다. 사람의 질환에 관련된 단백질을 실험동물에 주사하게 되면 동물들도 그 단백질을 외부물질로 인식하고 항체를 만든다. 이를 이용해 항체 진단 키트도 만들 수 있게 되는 것이다.

그럼 진단, 치료에 왜 항체를 이용해야 하는가? 이는 지금까지 발견된 어떠한 물질보다도 항체는 질환 단백질에 매우 선택적으로 반응하기 때문에 미량의 질환 단백질도 찾아낼 수 있으며 이것에 대한 치료제로도 사용이 가능하기 때문이다.

앞으로 이 컬럼에서는 단백질 해독 작업에 따른 꿈과 같은 세상이 실제로 우리에게 어떻게 도래 했으며 단백질과 항체가 우리의 삶을 얼마나 바꾸고 있는지 또 이에 관련된 보건의료 부문의 관련 사업은 어떠한 비젼을 갖는지 연속해서 다루어 보고자 한다.