아포토시스apoptosis 세포도 자살을 한다

특별한 경우를 제외하고 자살은 인간에게서만 볼 수 있는 현상이다. 그런데 한 개체로서의 인간뿐 아니라 우리 몸을 구성하는 세포도 자살을 한다. 자의식이 없는 세포가 자살을 한다는 게 의아하게 들릴 수도 있지만 사실 세포 자살은 우리 몸에서 빈번하게 일어나고 있는 자연스러운 현상이다.

세포의 딜레마, 사느냐 죽느냐 그것이 문제로다 

세포의 죽음에는 크게 두 가지가 있다. 사람이 갑자기 교통사고를 당하거나 흉기에 찔려 비명횡사하는 것처럼 세포도 갑작스럽게 죽음을 맞을 때가 있다. 칼에 베이거나 불에 데어 세포가 손상되었을 때, 혹은 암세포가 증식해 정상 세포가 침입을 당했을 때다. 세포가 외부의 영향으로 어쩔 수 없이 죽음을 맞는 것이다.

 

이때 세포 안팎에서는 수만 배에 이르는 삼투압 차이가 나면서 엄청난 양의 물이 세포 속으로 유입돼 세포가 터져 죽는다. 터진 세포에서 내용물이 흘러나오고 염증 반응이 일어나 주위 세포들까지 해를 입기도 한다. 이러한 타의적인 죽음을 네크로시스necrosis라고 한다.

반면 세포 자살을 뜻하는 아포토시스apoptosis는 수명이 다하거나 병에 걸린 세포가 스스로 자연스럽게 죽음을 선택하는 경우다. 우리 몸에서 세포 자살이 일어나는 경우는 두 가지 정도인데, 우선 발생과 분화 과정에서 불필요한 부분을 없애기 위해서 일어난다. 올챙이가 개구리가 되면서 꼬리가 없어지는 과정이나 사람의 손이 생기는 과정이 대표적이다.

 

태아의 손이 발생할 때 몸통에서 열 손가락이 차례로 자라는 것이 아니라 주걱 모양의 동그란 손이 먼저 나온다. 그러고 나서 손가락이 되지 않는 부위가 서서히 소멸되면서 비로소 열 개의 손가락이 드러난다. 만약 세포 자살이 없었다면 지구상의 모든 생물은 독특하고 다양한 형태를 갖추는 대신 밋밋하고 동그란 세포 덩어리에 지나지 않았을 것이다.

그러나 대부분의 세포 자살은 세포가 심각하게 훼손돼 암세포로 변질될 가능성이 있을 때 일어난다. 방사선, 화학약품, 바이러스 감염 등으로 유전자 변형이 일어나면 세포는 이를 감지하고 자신이 암세포로 변해 개체 전체에 해를 입히기 전에 자살을 결정한다. 

 

 

자살 명령 내리는 미토콘드리아 

세포의 자살은 세포 안에 내장된 자살 스위치가 발동할 때 일어난다. 과학자들은 세포에 자살 명령을 내리는 것이 핵 유전자가 아니라 에너지 발전소인 미토콘드리아라는 사실을 밝혀냈다. 미토콘드리아에서 자살 스위치가 발동하면 세포는 생체 에너지인 ATP를 적극적으로 소모해서 죽음에 이른다.

 

이때의 죽음은 네크로시스 때와는 사뭇 다르다. 염증 반응을 일으키거나 주변 세포에 해를 끼치지 않는다. 그저 서서히 쪼그라들고, 세포 내의 DNA가 잘게 잘라져 조용히 죽음을 맞을 뿐이다. 세포를 이루고 있던 내부 물질은 여러 경로를 통해 다시 사용되고 잘게 잘려진 세포 조각들은 주변에 있던 식세포가 말끔하게 청소함으로써 자살 과정은 종료된다.

‘진화’의 관점에서 본다면 개별 세포들도 살기 위해 발버둥 쳐야 마땅하다. 그런데 우리 몸에서는 지금 이 순간에도 수많은 세포들이 스스로 죽음을 선택한다. 서울대 의대 생화학교실 박상철·서유신 교수팀의 연구 결과, 세포는 젊을수록 공해나 독성물질 등 외부의 유해 환경에 노출되었을 때 더 빨리 죽는다고 한다. 박상철 교수는 “고령자들이 암에 잘 걸리는 이유는 문제 있는 세포가 세포 자살을 하지 않기 때문”이라고 지적했다.

세포가 자살을 선택하는 이유는 명백하다. 자신이 죽는 것이 전체 개체에 유익하다고 판단하기 때문이다. 우리 몸 곳곳에서 염증을 일으키는 세포나 비정상적인 세포는 스스로 자살함으로써 염증이나 암세포의 증식을 막는다. 박테리아나 바이러스 같은 침입자를 물리친 용감한 면역세포도 제 할 일을 마치고 나면 아포토시스, 즉 자살하도록 프로그램되어 있다. 수명을 다한 혈액 세포나 간(장) 세포도 아포토시스로 제거된 뒤 새로운 세포로 치환된다.

 

 

세포계의 무법자, 종양세포 

그런데 세포들 중에는 자살 명령을 따르지 않는 반항적인 세포도 존재한다. 아포토시스 명령을 따르지 않는 세포계의 무법자, 종양세포가 그들이다. 이들 세포가 정상 세포와 다른 점은 비정상적으로 증식한다는 것이다. 정상 세포가 전체 개체의 통제를 받아 일정 수준만큼만 증식하고 그 이상은 증식하지 않는 데 비해 종양세포는 주변의 산소와 영양분을 독차지하며 끊임없이 증식한다.

종양세포가 계속 증식하면 자신의 조직을 공격하는 자기면역 질환을 앓게 되거나 암, 에이즈, 알츠하이머형 치매 같은 병에 걸리게 된다. 특히 정상적인 주변 세포들을 죽이고 다른 곳으로 옮아가기도 하는데, 이것이 바로 ‘암’이다.

 

암세포는 가만 놔두면 개체의 생명을 앗아갈 때까지 증식을 멈추지 않는다. 과학자들은 이러한 세포 자살에서 힌트를 얻어 항암제를 개발하고 있다. 이제 암 치료는 암세포의 증식 능력을 억제하는 일뿐만 아니라, 암세포에 아포토시스를 유발하는 결정적인 물질을 찾는 데까지 이어지고 있다. 

이처럼 세포의 자살은 개체 전체를 고려한 냉정하고 합리적인 선택이며 생명을 유지하기 위해 개체가 획득해온 기본적인 전략이다. 유전자의 소거, 즉 ‘자기 포기’가 실은 개체를 구하는 일과 관련되어 있다는 사실은 매우 흥미롭다. 요즘처럼 개인의 욕망이 사회의 욕망보다 우선시되는 시대에 전체의 관점에서 스스로 죽어야 할 때를 알아 기꺼이 사멸하는 세포들의 행보는 그래서 숙연하기까지 하다.

글·전채연 ccyy74@brainmedia.co.kr | 일러스트레이션·이부영 출처:브레인미디어

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