코끼리는 왜 암에 안 걸릴까

[바보목사서정웅]

코끼리는 왜 암에 안 걸릴까

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아시아 코끼리 [사진 중앙포토]

미국 캘리포니아 북부의 작은 도시 세바스토폴은 평온한 도시지만 가끔씩 불한당도 있다. 지난해 겨울 늦은 밤 경찰관 닉 벨리보(28)는 술집 뒷골목에서 난폭한 주정꾼을 단속하려 했다. 하지만 주정꾼이 술병을 휘두르며 강하게 저항했다. 신변 위험을 느낀 벨리보는 원격 스위치를 눌렀다. 곧바로 순찰차에서 독일산 셰퍼드 프랭크(7)가 달려나와 주정꾼의 팔을 물어 제압했다.

포유류의 일부 종은 끊임없이 종양에 시달리지만 거의 완벽한 면역성을 가진 종도 있다. 거기에 암 극복의 단서가 숨어 있을지 모른다

경찰견 프랭크는 그처럼 사납지만 벨리보가 근무를 마치고 집에 데려가면 너무도 유순한 애완견이었다. 얼마 후 그의 아내가 프랭크를 쓰다듬다가 목 아래 큰 혹을 발견했다. 벨리보는 프랭크를 수의사에게 데려가 몇 가지 검사를 한 뒤 항생제를 처방 받아 먹였다. 그러나 아무런 소용이 없었다. 프랭크는 힘을 못 쓰고 아무 것도 먹지 않은 채 차고 구석에 웅크리고 있었다. 활력 넘치던 셰퍼드로선 특이한 행동이었다.

벨리보는 프랭크를 다시 수의사에게 데려갔다. 정밀검사 끝에 림프종 진단이 나왔다. 그냥 두면 곧 죽을 게 뻔했다. 살리려면 19주의 화학요법을 받아야 했다. 1만 달러가 드는 치료였다. 세바스토폴 경찰서에서 프랭크를 구입할 때 든 비용의 3배 이상이었다.

벨리보는 “두 번 생각할 필요도 없었다”고 말했다. 프랭크가 자신의 목숨을 구했으니 이젠 자신이 프랭크를 구할 차례라는 얘기였다. 세바스토폴 경찰서가 치료비를 약간 보조해주기로 했지만 턱없이 부족했다. 그래서 인터넷으로 눈을 돌렸다. 지난 2월 벨리보는 온라인 호소로 약 2만 달러를 모았다. 그는 기쁘기도 하고 놀랍기도 했다고 말했다. 기부자 다수는 공통점이 있었다. 기르던 개가 암에 걸린 적이 있다는 사실이었다.

개는 암에 매우 취약하다. 종에 따라 잘 걸리는 암도 다르다. 버니즈 마운틴독(스위스산 베른 개)은 조직구 육종, 차우차우(중국산)를 비롯한 여러 종은 경구 흑색종에 취약하다. 개의 그런 특성은 암의 깊은 유전적 뿌리를 잘 보여준다. 황금색 갈기나 기다란 주둥이 같은 특성을 대대로 유지하기 위해 개를 순종으로 육종하면 원치 않는 다른 유전적 특성도 대물림한다. 순종의 멋진 모습에 암이 편승한다는 뜻이다. 사람도 마찬가지다. 예를 들어 아슈케나지(중·동부 유럽 유대인)의 배경을 가진 여성은 BRCA 유전자 변이가 일으키는 유방암에 걸릴 확률이 높다.

시프먼 박사는 항암치료를 받은 직후엔 병원과 의사, 암은 보기도 듣기도 싫었다고 말했다. 하지만 시간이 갈수록 그런 혐오증이 사라지면서 마치 운명인 것처럼 소아암에 관심을 갖게 됐다. 현재 그는 유타대학 인터마운틴 프라이머리 아동병원·헌츠먼 암연구소의 소아암유전학 클리닉에서 26년 전 자신이 겪은 것과 거의 비슷한 암에 걸린 어린이를 치료한다. 그러나 암의 유전학적 작용을 연구하는 데도 많은 시간을 할애한다.

브라운대학의 학부와 의대를 통합한 PLME 과정에 입학한 그는 동네 병원에서 의료봉사를 했다. 거기서 막 7세가 된 백혈병 환자 데렉 큐트를 만났다. 그는 죽어가고 있었다. 다른 자원봉사자들이 큐트에게 애착을 갖지 말라고 시프먼에게 조언했지만 그는 듣지 않았다. 자신의 과거를 그 아이에게서 보는 듯했기 때문이다. 그는 큐트와 아주 친해졌다. 한번은 큐트가 그에게 “당신이 나의 유일한 친구”라고 말했다. 그 직후 큐트는 세상을 떠났다. 시프먼은 큰 충격을 받았다.

큐트의 죽음으로 시프먼은 “암이라는 빌어먹을 병을 반드시 정복해야 한다”는 아주 간단한 결론에 도달했다. 그의 연구를 이끄는 힘은 바로 그 정신이다. 그는 브라운대학을 졸업한 후 스탠퍼드대학으로 옮겨 소아과 말기환자 고통완화 처치에 관심을 가졌다. 치료가 불가능할 때 편안히 죽도록 도움을 주는 과정이다. 2003년 그와 아내 모린은 스탠퍼드대학 캠퍼스 부근인 캘리포니아주 멘로파크에 집을 샀다. 집이 있으니 개를 키울 수 있었다. 그들은 버니즈 마운틴독을 분양 받아 ‘로디’라고 이름 붙였다. 누군가 그에게 그 종은 조직구 육종에 취약하다고 경고했지만 별 생각 없이 무시했다.

2008년 시프먼은 유타대학에서 소아암과 유전학을 연구했다. 그는 일부 어린이는 암에 걸리기 쉬운 소인을 갖고 태어나는 듯하다는 점에 관심을 가졌다. 부모가 나쁜 유전자를 넘겼다는 이야기다. 유타주는 가계의 암 경로를 연구하기에 아주 좋은 곳이었다. 모르몬교 신자들은 대가족인 경우가 많고 족보를 중시한다.

2010년 시프먼 가족이 솔트레이크시티로 이사했을 때 로디가 암에 걸렸다. 그때 그는 버니즈 마운틴독이 특정 암에 걸리기 쉽다는 경고가 기억났다. 뿌리 깊은 유전적 위험을 무시한 것이었다. 치료 가망이 없었다. 시프먼은 “몇 달도 못 가 로디가 죽었다”고 돌이켰다.

로디는 왜 암에 걸렸을까? 개는 10세가 되면 암으로 죽을 확률이 50%에 이른다. 시프먼 박사는 애완견 소유자만이 아니라 모든 사람에게 도움이 될 수 있는 교훈이 바로 거기에 있다고 생각했다. 얼마 후 그는 워싱턴DC에서 열린 유전학 컨퍼런스에 참석했다.

행사장에서 버니즈 마운틴독의 유전적 암 발병 위험에 관한 논문 포스터가 그의 눈에 들어왔다. 시프먼 박사는 곧 그 논문의 저자들과 연락했다. 그중 1명이 노스캐롤라이나주립대학 개 암 연구자 브린 소장이었다. 두 사람은 곧 친해졌다. 시프먼 박사는 사람, 브린 소장은 개가 전문이었지만 같은 문제를 연구하고 있었다. 암이 어떻게 유전자에 숨어 있으며 어떤 경로로 대물림하고 언제 어떻게 공격을 개시하는지 알아내는 연구였다. 그들은 사람과 개의 암 발병 메커니즘이 궁극적으로 같다고 판단했다.

2012년 여름 시프먼 박사는 진화의학과 비교종양학(서로 다른 종 사이의 암을 비교 연구하는 학문) 컨퍼런스에 참석했다. 주제 발표자 중에 암과 진화를 연구하는 애리조나주립대학 교수 칼로 C 메일리가 있었다. 시프먼 박사는 그에게서 암의 가장 큰 수수께끼 중 하나인 ‘페토의 역설(Peto’s Paradox)’에 관해 들었다.

1970년대 영국 옥스퍼드대학 의학통계학자 리처드 페토의 이름을 딴 가설이다. 몸집이 크면 그에 비례해 세포수가 그만큼 많아 세포가 분열할 때 손상되는 DNA도 많아지므로 종양으로 발전해 암에 걸릴 확률도 높아질 것 같지만 실제는 그렇지 않다는 것이다.

고래와 코끼리 같은 거대한 포유류는 인간보다 훨씬 많은 세포를 갖고 있다. 그렇다면 그 동물이 인간보다 암에 훨씬 더 잘 걸려야 하지 않을까? 예를 들어 고래는 인간보다 세포가 1000배나 많다. 하지만 고래는 우리보다 암에 걸릴 확률이 훨씬 낮으며 아주 오랫동안 암을 잘 막아낸다(일부 수염고래의 경우 200년을 산다). 또 코끼리는 인간보다 세포가 100배나 많지만 일부의 수명은 60년이나 된다.

메일리 교수는 “대형 동물의 암 문제는 진화로 해결됐다”고 설명했다. 종은 번식을 통해 존속하며 대형 포유류는 임신기간이 훨씬 길다. 코끼리는 약 22개월, 고래는 약 18개월이다. 더구나 코끼리는 그들로선 노쇠한 연령인 50세가 넘어서도 번식이 가능하다. 번식이 가능한 최대한의 연령까지 암 발생을 억제할 수 있는 코끼리는 그런 암 억제 유전자를 후세에 물려준다.

역으로 생쥐는 수명이 짧지만 일찍 자주 번식하기 때문에 유전자를 대물림한다. 대다수 인간도 번식 의무를 완수한 후인 중년 후반에 암에 걸린다. 우리는 번식을 마치고 자녀를 키울 때까지 암 발생을 억제할 수 있는 능력을 물려 받았다. 시프먼 박사가 “암은 노화에 따른 질병”이라고 말하는 이유다.

코끼리와 고래가 물려 받은 강인한 유전체가 암에 걸릴 확률이 가장 높은 인간 고령자의 암을 억제할 수 있는 열쇠인지 모른다. 코끼리나 고래의 몸 속에서 도대체 무슨 일이 일어나길래 그토록 오래 암을 억제할 수 있을까? 미국인의 약 25%가 암으로 사망하는데 비해 1300㎏이 넘는 흰돌고래가 암으로 죽을 확률은 18%, 코끼리는 5%도 안 되는 이유가 뭘까? 어떤 비밀의 메커니즘이 고래를 보호하며 우리가 그것을 어떻게 복제할 수 있을까?

메일리 교수는 지금까지 암의학이 분자 특징에만 초점을 맞춰 그런 사실을 무시했다고 말했다. “그보다는 ‘인간을 괴롭히는 암을 어떻게 진화가 해결했을까?’가 더 중요한 문제일지 모른다.”

2012년 어느 날 시프먼 박사는 아내의 성화에 못 이겨 바쁜 일정을 미루고 아이들과 함께 솔트레이크시티 외곽에 있는 호글 동물원에 갔다. 코끼리 집에서 안내원 에릭 피터슨이 코끼리의 귀가 큰 이유를 관람객에게 설명했다. 코끼리는 땀을 흘리지 않아 체온을 조절하기 위해 큰 귀를 펄럭거려 식힌 혈액을 몸 곳곳에 순환시킨다는 것이었다. 또 일주일에 한 번씩 코끼리 혈액을 채취한다고 그는 덧붙였다.

그때 시프먼 박사는 페토의 역설에 대한 해답이 코끼리 귀의 두꺼운 혈관을 통해 흐른다는 사실을 깨달았다. 코끼리가 가진 유전적 강점이 그 혈액 세포 속에 존재하는 게 분명했다. 시프먼 박사는 그 자리에서 피터슨을 연구팀원으로 발탁했다.

피터슨도 나름대로 그 연구에 동의한 이유가 있었다. 아프리카에선 매일 코끼리 약 96마리가 밀렵꾼에게 사살된다. 피터슨은 만약 코끼리가 암 치료의 단서를 갖고 있다는 사실을 사람들이 알게 되면 더 잘 보호하려고 노력할 것이라고 말했다. “소아암 치료책을 마다할 사람이 어디 있겠나? 이건 사람과 코끼리 둘 다를 살릴 기회다.”

‘유전체의 수호천사’ p53 단백질

2012년 이래 연구는 늘 같은 과정으로 진행됐다. 피터슨이 동물원에서 코끼리 혈액을 채취해 시프먼의 실험실로 보내면 연구자들이 혈액 세포를 분리해 코끼리가 어떻게 암에 저항력을 갖는지 알아내려 한다.

그 해답은 세포 세계에서 경찰관 역할을 하는 종양억제 유전자 TP53과 관련 있는 게 거의 확실하다. 결함 있는 DNA를 가진 세포가 복제할 때 TP53는 ‘유전체의 수호천사’로 알려진 p53 단백질을 생성해 DNA를 복구할 때까지 복제 과정을 중단시키거나 복구 불능 DNA의 괴사를 유도한다.

인간은 TP53 유전자가 2개다. 부모에게서 하나씩 각각 물려받는다. 17번 염색체 끝부분에 존재한다. 그러나 코끼리는 TP53을 40개나 갖고 있다. 인간보다 종양을 억제하는 힘이 20배 강하다는 뜻이다. 그중 19쌍(38개)은 레트로진(retrogene)이다. RNA에서 DNA가 합성되는 역전사를 의미한다. 그러나 시프먼 박사 팀은 TP53 레트로진의 암 억제력이 원래 유전자보다 약하지 않다고 믿는다(그러나 다른 전문가들은 그렇게 생각하지 않는다).

인체에서 수많은 세포가 쉴 새 없이 분열하다는 점을 고려하면 TP53은 암억제에 뛰어난 게 분명하다. 사우스캐롤라이나대학 케크의과대학원의 종양학자 기리다란 람싱 박사는 “TP53 2개만 있어도 괜찮은 편이지만 20개가 있으면 아주 대단하다”고 말했다.

람싱 박사는 다른 포유류 종보다 개가 암에 더 취약한 이유를 설명해줄지 모르는 연구를 실시했다. 개도 인간처럼 TP53 유전자가 2개지만 개의 유전체는 RNA 유래 전위인자(retrotransposon)에 더 취약하다. p53 단백질의 저지를 받지 않을 경우 유전체 불안정을 일으켜 암으로 발전할 수 있는 DNA의 일부를 말한다. 그는 “개의 경우 유전체에서 ‘아주 활발한 전위’가 이뤄지기 때문에 TP53 2개만으로 부족하다”고 설명했다.

시프먼 박사 팀은 코끼리의 몸에선 p53 단백질이 인체에서와 달리 작용한다는 사실을 발견했다. 코끼리의 p53은 손상된 DNA 복구에 에너지를 사용하지 않고 그냥 괴사시켜버린다. 그런 코끼리의 모델은 손상 세포 제거가 복구보다 암 방지에 더 효과적이라는 점을 시사한다.

이런 지식이 인간의 암 치료에 어떻게 적용될 수 있을까? 아직 아무도 모른다. 일부 전문가는 코끼리의 암 면역성 연구가 흥미롭지만 그다지 유익하진 않다고 본다. 캘리포니아대학(샌프란시스코 캠퍼스) 헬렌 딜러 가정종합 암센터의 앨런 애시워스 원장은 시프먼 교수가 전공하는 비교종양학이 ‘대단한 통찰력’은 주지만 암 정복과는 거리가 멀 수도 있다고 지적했다. “만약 적용이 가능하다고 해도 구체적인 방법이 개발되기까지 아주 오랜 세월이 걸릴 것이다.”

시프먼 박사는 궁극적으로 p53이 풍부한 코끼리의 생리적 환경을 흉내 내는 화학물질이 개발되거나 코끼리의 p53을 사람에게 직접 주입하는 방법이 발견될 것으로 믿는다. 그러나 먼저 그는 TP53 유전자 중 레트로진이 어떻게 상호 작용해 코끼리의 암을 막아주는지 정확히 알아낼 생각이다.

특히 리-프라우메니증후군(Li-Fraumeni syndrome: LFS)이 문제다. 생식세포 변이로 인체의 모든 세포에서 TP53 유전자 2개 중 1개를 망가뜨리는 질병이다. LFS를 가진 사람이 암에 걸릴 확률은 90%로 일반인의 2배 이상이다(일반 미국인의 경우 남성은 43%, 여성은 38%가 암에 걸린다). 또 일찍 자주 암에 걸리기 때문에 어떤 식으로든 암으로 사망할 확률이 높다. LFS는 유전 가능성이 50%다. 따라서 LFS를 가진 사람은 끊임없이 암의 악몽에 시달린다.

호글 동물원을 다시 찾은 시프먼 박사는 코끼리 앞에서 서성거리며 “암은 없어져야 해, 사라져야 해”라고 중얼거렸다. “코끼리는 몸집이 거대해 수많은 세포가 몸 속에서 분열되고 있으니 암으로 전부 죽어야 하는 데 그렇지 않잖아. 코끼리를 볼 때마다 놀라울 뿐이야.” 그는 피터슨이 코끼리 귀에서 혈액을 채취하는 것을 보며 “암 치료책이 바로 저기에 있어”라고 말했다.

일부 전문가의 부정적인 시각에도 시프먼 박사는 암을 격퇴할 수 있다고 굳게 믿는다. “자연이 그 방법을 알아냈으니 우리도 할 수 있다.”

글 = 뉴스위크 알렉산더 나자리안 기자 번역 = 이원기

[박스기사] 벌거숭이두더지쥐의 ‘건강한’ 비밀

세포 사이의 다당류 유착제인 특수 히알루론난 단백질이 암 억제하는 듯

벌거숭이두더지쥐는 결코 귀여운 동물이 아니다. 털이 없고 몸이 관모양으로 생겼으며 얼굴이 뭉그러졌고 뻐드렁니가 2개 튀어나와 있으며 피부는 반투명하고 주름 투성이다. 아직 태 속에서 몇 달은 더 자라야 할 동물 태아처럼 보인다. 누가 봐도 보기 흉한 동물이다.

그러나 적어도 종양학의 세계에선 벌거숭이두더지쥐가 아주 유명하다. 암에 거의 완전히 면역된 듯하기 때문이다.

아프리카의 뿔(아프리카 대륙 북동부 소말리아와 인근 지역)이 원래 서식지인 벌거숭이두더지쥐(학명: Heterocephalus glaber)는 그 동물의 악성 종양 저항력에 매료된 비교종양학자들 사이에서 큰 인기다. 2013년 학술지 네이처에 실린 논문에서 미국 로체스터대학 연구팀은 “몸집이 큰 벌거숭이두더지쥐 군집을 수년 동안 관찰한 결과 단 1건의 암도 발견되지 않았다”고 설명했다. 수명이 최대 30년으로 다른 설치류보다 훨씬 오래 산다.

벌거숭이두더지쥐가 암에 강한 이유는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 논문 저자들은 그 비결이 세포 사이의 다당류 유착제인 특수 히알루론난 단백질에 있는 것 같다고 추정했다. 그 단백질은 분자량이 아주 높아 종양 생성을 막는 듯하다. 한 연구자는 “이 메커니즘의 인체 적용이 가능하다고 믿는다”고 영국 화학학회에 말했다.

올해 초 로체스터대학의 다른 연구팀은 벌거숭이두더지쥐 유전체의 INK4 유전자군에서 특이한 점을 발견했다. 사람 유전체에선 INK4가 3가지 종양억제 단백질을 생성한다. 반면 벌거숭이두더지쥐에선 4가지 단백질을 만들어낸다. 추가된 1가지가 pALT INK4a/b로 종양 생성을 막는 효과가 뛰어나 보인다.

이런 발견이 앞으로 인간의 암 치료에 어떤 의미를 가질지는 확실치 않지만 벌거숭이두더지쥐가 암 극복의 한가지 모델로 갈수록 예뻐 보일지 모른다.