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TAG: RIKEN (이화학연구소)

작성 2014-06-17
조회 3,248

출생1939-09-05, 일본 나고야
국적 일본
분야분자생물학
소속이화학연구소 센터장, 메사추세츠공과대학 센터장
출신대학교토대학교, 캘리포니아대학교
주요업적다양한 항체 생성의 유전적 원리 발견
수상노벨 의학생리학상 (1987)

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인물정보: 1958년에 도쿄에서 고등학교를 졸업하고 1년 재수 후에 교토대학교에 입학했다. 1963년 교토대학교 화학과를 졸업하고, 같은 해에 대학원에 진학하였다. 그는 분자생물학을 연구하기 위해 샌디에이고의 캘리포니아대학교 대학원으로 유학을 간 후 박사 과정을 수료했다. 졸업 후 1년 뒤, 1969년에 미국 솔크 생물학 연구소의 둘베코 연구실에서 연구원 생활을 하다가 1971년부터 1981년까지 스위스 바젤면역학 연구소 주임연구원으로서 면역에 관한 유전자를 연구하였다.

도네가와 스스무는 분자생물학자이자 면역학자로서 항체를 생성하는 유전적 원리를 밝혀 면역체계의 기본적인 메커니즘을 규명하였다. 이것의 원리는 미생물이나 이물질을 무력화 시키는데 필요한 것들을 인체의 면역조직이 어떻게 생성하는가 하는 것이다. 이전엔 항체생성세포(B 림프구)가 어떻게 한정된 숫자의 유전자만으로도 수많은 종류의 항원에 들어맞는, 게다가 다른 구조를 이루고 있는데도 수백만 개의 항체를 생성하는지 모르고 있었다. 실험 결과 인체의 면역조직은 약 10억 종의 항체를 만들어 낼수 있음을 입증했다.

그는 생쥐를 사용하여 서로 다른 종류의 유전자를 비교하였는데, 하나는 항체를 지니지 않은 유전자였고, 다른 하나는 암세포를 가진 유전자였다. 항체를 지니지 않은 유전자는 여러 가지로, 그리고 작은 배열로 흩어져 있었지만 암세포를 지닌 유전자는 필요한 부분들이 서로 결합되어 있었다. 그는 유전자가 다양한 방식으로 조합되어 엄청난 개수의 항체를 만들어 내는 것이라고 결론을 도출했고, 1976년 제임스 왓슨(James D. Watson)앞에서 4년간의 실험을 발표했다. 결과는 좋았고, 그는 1981년도 메사추세츠 대학에 교수로 취임했다.

1981년엔 아사히상, 1982년도에는 콜롬비아대학교에서 Louisa Gross Horwitz Prize, 1983년 게어더너제단 국제상, 1984년엔 문화훈장, 1986년엔 로베르트 코흐상, 1987년엔 앨버트래스커 기초의학연구상, 1990년엔 신초출판사학예상 등 많은 상을 수상하였다.

이화학연구소 뇌과학 종합연구 센터장인 도네가와 스스무는 2012년 2월 24일 줄기세포 발생으로 인한 기억 형성법을 발표했다. 이화학연구소- 메사추세츠공대(RIKEN-MIT센터) 신경회로 유전학과 연구원들은 뇌세포가 예전 기억을 유지하는 동시에 새 기억을 잊지 않는 방식에 대하여 치아이랑이라 불리는 특정 뉴런이 신경 줄기세포에 따라 뚜렷한 역할을 수행한다고 밝혔다. 그것은 늙은 세포인지 젊은 세포 인지 달라지는데, 외상 후 스트레스 장애(Post-Traumatic Stress Disorder) 역시 젊은 뉴런과 늙은 뉴런 사이의 불균형으로 인해 기억 형성에 방해를 줄 수 있다고 밝혔다. 도네가와 센터장은 동물에서 외상 경험과 노화가 치아 이랑의 새 뉴런 탄생 감소로 이루어지기도 하며, 인간의 경우 정상적인 노화 과정에서 치아 이랑 장애와 관련한 기억 손상이 발생한다는 연구를 밝혔다. 이 실험은 생쥐를 대상으로 유사한 사건의 차이점을 구분하는 것과 제한적 단서를 바탕으로 한 기억력 상기를 시험하는 과정과, 비슷하지만 다른 장소에 두어 학습한 생쥐 실험으로 차이를 두었는데 두 가지의 실험 결과 늙은 뉴런이 없는 생쥐는 패턴 완성에서 결함을 보였으며 그 손실로 인해 패턴 구별과 균형이 바뀌기도 하는 것으로 보인다고 발표했다.

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시상연설

노벨상 시상 연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
감염에 대한 방어는 자아와 비자아를 구별할 수 있고, 수십 년 전에 접촉한 것을 기억하는 능력을 가진 천재적인 세포체계인 면역계에서 수행합니다. 면역계의 작용으로 각각의 사람들은 수많은 형태의 방어 분자들, 즉 항체 생산 능력을 갖게 됩니다. 올해의 노벨상을 수상하는 연구 주제는 무수히 다양한 특이 항체를 생산하는 면역계의 독특한 이 능력에 대한 것입니다.

도네가와 박사님은 면역학을 연구한 위대한 분자생물학자입니다. 1970년 중반에 실행한 그의 천재적인 실험들은 한정적인 유전물질을 가지고 기존의 미생물뿐만 아니라 미래의 미생물까지 방어할 수 있는 무수한 다양성이 어떻게 만들어지는지를 설명해 주었습니다. 도네가와 박사님이 스위스의 바젤 면역연구소에서 이 실험을 하였을 때, 다른 과학자들은 이미 항체의 기능과 특징에 관해 많은 것을 알고 있었습니다. 그러나 이것은 불확실했고 때로는 혼란을 야기했습니다.

단백질인 항체의 구조는 유전자에 의하여, 즉 염색체의 DNA에 의해 엄격하게 통제됩니다. 그가 실험하였을 때에는 유전자와 개개의 단백질, 즉 개개의 폴리펩티드 사슬이 일 대 일로 연관되어 있다고 일반적으로 믿고 있었습니다. 그러나 사람 염색체에서 한 단백질을 결정하는 유전자 수는 아마도 몇십만 개에 이를 것입니다. 적혈구의 헤모글로빈, 눈의 색소 등을 비롯한 모든 단백질에는 충분한 유전자 수가 필요합니다. 하지만 그중의 아주 작은 부분, 아마 1퍼센트 정도가 항체를 만드는 데 사용될 것입니다. 약 1,000개의 유전자를 가지고 과연 수십억 개의 항체를 만들 수 있을까요 이와 같은 방정식은 불가능해 보입니다.

우리의 항체는 짧은 것과 긴 것, 두 종류의 폴리펩티드로 구성되어 있습니다. 도네가와 박사님은 먼저 하이브리드 DNA라는 가장 정확한 도구를 확보하였고, 새로운 실험법을 개발하여 항체 분자의 짧은 사슬을 결정하는 유전자의 실질적인 구조를 연구하였습니다. 그는 유전학에서 정말로 새롭고 획기적인 발견을 하였습니다. 짧은 사슬에 해당하는 유전자가 위치할 것으로 기대되는 염색체에는 하나의 유전자가 아닌 진주 모양의 끈을 형성한 유전자가 있었습니다. 하나의 특별한 유전자는 어느 한곳에 위치하는 반면에 두 개의 변이 유전자는 두 가지 유전자 계열, 즉 모두 약 100개의 유전자를 만들었습니다. 어떤 세포가 항체를 만들기 시작할 때, 이 중에서 어느 하나가 선택되는 것입니다.

거대한 유전자 집단에서 임의로 선택된 한 종류의 유전자는 염색체로부터 잘려져서 제2의 유전자 계열의 구성성분으로 이동하고, 그 후에 고립되어 있는 유전자와 함께 짧은 사슬에 대한 기능적 유전자를 만들어 냅니다. 하나가 아니라 3개의 유전자가 항체 분자의 짧은 사슬을 만드는데 참여하는 것을 알 수 있습니다. 각 계열의 구성원은 아마도 증식에 의해 변이성을 증가시키는 제2계열의 구성원 중 하나에 연결될 수 있습니다. 이 결과로 우리의 몸이 진보된 재조합 DNA 과정을 실행할 수 있다는 것이 명백히 드러났습니다.

연구가 계속되면서 자연의 지혜도 이해할 수 있게 되었습니다. 유전자의 재조합과 이들의 연결이 조금의 오차도 없이 정확하게 일어나는 것은 아닙니다. 그러한 결함은 어떤 계에서는 나쁠 수 있지만, 여기에서 이들은 항체의 다양성을 증가시키는 기전을 작동시킵니다. 도네가와 박사님을 비롯한 다른 과학자들의 실험은 이와 똑같은 원리가 항체의 긴 사슬을 만들 때에도 적용됩니다. 4개의 서로 다른 유전자가 이 과정에 포함되는 것 같습니다. 따라서 항체 수준에서 다양성을 나타내기 위하여, 변이체의 짧은 사슬과 무거운 사슬의 재조합이 이루어질 것이며, 이는 실제로 항체의 다양성을 극적으로 증가시킬 것입니다.

이제 방정식은 해답을 찾았습니다. 몇백 개의 유전자가 새롭고 획기적인 방법으로 인체에서 사용되며, 이로 인해 수십억 개의 다양한 항체를 만들 수 있습니다. 이 유전적 뽑기를 통해 면역계는 항상 기존에 알려진 미생물뿐만 아니라 미지의 미생물도 방어할 수 있도록 준비됩니다. 귀중한 DNA의 경제적인 사용은 중요하지 않은 더 많은 물질을 소비하여 보상합니다.

1분마다 우리의 신체는 몇백만 개의 백혈구 세포, 림포사이트를 만들어 냅니다. 이들 각각은 하이브리드 DNA 절차를 거쳐, 자신만의 독특한 항체가 됩니다. 반응하지 못한 항체는 빠르게 사라질 것입니다. 그러나 이들이 잘 맞는 외부의 구조와 접촉하면 증식하게 되며, 오래 남아 있게 됩니다. 위대한 임의의 유전자 뽑기 후에 자연은 승자를 선택하고, 특별한 면역을 생성함으로써 감염에 대항하여 가장 값싸고 가장 효과적인 예방을 할 수 있게 됩니다.

도네가와 박사님.
카롤린스카 연구소를 대표하여 박사님의 훌륭하신 업적에 대하여 축하드립니다. 이제 전하께서 노벨 생리·의학상을 시상하시겠습니다.