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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-10-12
코끼리는 두 가지 독립적인 연구를 통해서 종양세포와 싸울 수 있는 유전자를 한 쌍 더 가지고 있다는 사실을 발견했으며 이것은 왜 코끼리가 암에 거의 걸리지 않는가를 설명할 수 있다. 왜 코끼리는 암에 걸리지 않는가에 대한 질문은 1970년대 옥스퍼드 대학의 역학자인 리처드 페토 (Richard Peto)에 의해 제기된 유명한 문제였다. 페토는 일반적으로 암발병률과 동물의 크기 또는 동물의 연령 사이에 거의 연관성이 없다는 점을 지적했다. 이것은 놀라운 점이었다: 큰 덩치를 가지거나 나이가 많은 동물의 세포는 작거나 어린 동물의 세포보다 분화를 많이 한다. 그래서 암으로 발전할 경향이 있는 좀 더 무작위적인 돌연변이가 일어날 수 있다. 페토는 연령과 크기로 인해 발생하는 암으로부터 세포를 보호하는 내적인 생물학적인 기제가 작동할 수 있다고 추측했다.
페토의 패러독스에 대한 적어도 한 가지 해결책이 발견되었다고 할 수 있다고 이번 주에 발표된 두 가지 독립적인 논문은 주장했다. 코끼리는 유전체에서 p53이라고 불리는 20상의 유전자를 갖고 있었다. 이 유전체는 인간과 다른 포유류에게는 한 쌍의 유전자만을 갖고 있다. 이 유전자는 종양억제제로 알려져 있으며 세포가 DNA손상을 입었을 때 활동을 하며 이 유전자와 연관된 p53 단백질을 대량으로 생산하여 손상된 세포를 고치거나 이 세포를 죽여버린다.
TP53의 역할을 알아내는데는 몇 년의 기간이 걸렸다고 유타대학 솔트레이크시티의 소아종양학자인 조슈아 스키프맨 (Joshua Schiffman)은 말했다. 그는 3년 전 한 진화에 관한 학회에서 애리조나 주립대학 템플 (Arizona State University in Temple)의 진화생물학자인 카를로 말리 (Carlo Maley)가 아프리카 코끼리의 유전체에서 다중 쌍의 TP53을 발견했다는 소식을 들으면서 페토의 패러독스에 대해 들었다. 스키프만은 암으로 발전되는 TP53유전자의 두 개의 대립형질 중 하나가 없는 어린이를 치료하는 전문가이다. 그래서 말리의 발표를 들은 후에 그는 코끼리가 그의 환자들을 도와줄 수 있는 생물학적 통찰력을 제공해주지 않을까 생각했다. 그는 그의 연구결과를 아직 발표하지 않았던 말리와 한 팀을 이루어 솔트레이크 시티의 동물원의 코끼리 사육사에게 코끼리 혈액을 요청했으며 p53단백질이 이 포유류의 백혈구세포에서 어떻게 작동하는지를 연구했다.
2013년 중반에 시카고 대학의 진화생물학자인 빈센트 린치(Vincent Lynch)는 페토의 패러독스에 관한 강의를 준비하면서 그가 설명할 수 있는 기제에 대해 의문을 갖게 되었다. 린치는 “강의를 하기 전에 나는 p53 코끼리 유전체를 조사하여 20개가 일치한다는 것을 발견했다”고 말했다. 스키프맨과 린치는 현재 독립적으로 각자 연구결과를 발표했다. 스키프맨의 경우 학술지 <Journal of the American Medical Association>에 그리고 린치는 <bioRixiv.org>에 결과를 발표했으며 후자는 학술지 <eLife>지가 심사하고 있다.
동물원에서 줄무늬풀밭쥐(striped grass mice)에서 코끼리까지 36종의 포유류에 대한 해부기록을 이용해서 스키프맨의 연구팀은 몸의 크기와 암발병률 사이에는 연관성이 없다는 사실을 밝혔다(현재 포획된 상태에서 죽은 수백 마리의 코끼리에 대한 분석을 통해서 약 3%의 코끼리가 암에 걸린다). 연구자들은 코끼리는 p53 단백질을 부가적인 쌍을 만들어낸다는 것을 알게 되었으며 코끼리의 혈액세포는 이온화된 방사선으로 인해 손상된 DNA에 대해서 매우 민감하다는 것도 알게 되었다. 이 동물의 세포는 인간세포보다 훨씬 더 높은 비율의 DNA손상에 대응하는 세포자살(apoptosis)라고 불리는 통제된 자기파괴를 수행한다. 스키프맨은 DNA 손상을 회복하는 대신에 제대로 작동하지 않는 코끼리세포는 초기 종양을 잘라내기 위해 자신을 죽이도록 진화했다. 그는 “이것은 페토의 패러독스에 대한 뛰어난 해결책”이라고 말했다.
린치의 연구팀은 캘리포니아의 샌디에고 동물원에서 아프리카와 아시아 코끼리 피부세포에서 얻은 샘플을 가지고 유사한 결과를 얻었다. 이들은 또한 맘모스의 두 가지 멸종된 종에서 수십 개의 TP53 쌍을 발견했지만 코끼리의 살아있는 사촌격인 매너티 (Manatees)와 바위너구리 (hyraxes)에서는 단지 한 쌍을 발견했을 뿐이다. 린치는 이 부가적인 유전자 쌍은 코끼리의 크기가 커지면서 진화된 것으로 생각하고 있다. 하지만 그는 다른 생물학적 기제도 연관되었을 것으로 보고 있다.
런던의 암연구소 (Institute for Cancer Research)의 암생물학자인 멜 그리브스 (Mel Greaves)는 TP53이 단지 유일한 설명은 아니라고 주장했다. 그는 “거대동물이 좀 더 커지면서 이들은 점점 더 느리게 된다”고 덧붙였다.. 이로 인해 신진대사가 느려지고 세포분할의 속도도 느려진다. 보호메커니즘은 암을 막는 방법이 된다. “만일 코끼리가 담배를 피우거나 잘못된 식습관을 가진다면, 암으로부터 보호될 것인가?”라고 물었다.
출처: <네이처> (2015년 10월 8일 Nature doi:10.1038/nature.2015.18534)
원문참조:
Abegglen, L. M. et al. J. Am. Med. Assoc. http://dx.doi.org/10.1001/jama.2015.13134 (2015).
Sulak, M. et al. Preprint at bioRxiv http://dx.doi.org/10.1101/028522 (2015).
Peto, R., Roe, F. J., Lee, P. N., Levy, L. & Clack, J. Br. J. Cancer 32, 411–426 (1975).
http://www.nature.com/news/how-elephants-avoid-cancer-1.18534
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