호르몬 배출 열쇠‘칼슘’ 분비과립 속에 있었다

‘칼슘 전도사’. 인하대 의대 생화학과 유승현 (사진) 교수의 별명이다. 칼슘은 일반인에게 뼈를 구성하는 성분으로 익숙하다. 그래서 칼슘 전도사라는 말을 들으면 뼈를 튼튼하게 하기 위해 칼슘을 많이 섭취하라고 설파하는 이미지가 떠오를 것이다.

하지만 유 교수가 전도해온 내용은 좀 더 근원적이다. 칼슘이 어디에 존재하는지 세계적으로 논의가 분분한 가운데 독창적인 아이디어로 명쾌한 해석을 내렸다. 이미 1990년부터 관련 논문을 발표하기 시작했고 1997년부터는 과학기술부가 지원하는 창의연구단의 하나인 세포분비과립연구단을 이끌며 세계적인 연구성과를 쏟아내고 있다. “인체의 생리기능 대부분을 주관하는 분비물이 호르몬이죠. 호르몬은 세포 안의 조그만 알갱이(분비과립)에 담겨 있어요. 이 호르몬을 세포 밖으로 내보내는 방아쇠가 칼슘입니다.”

세포에서 칼슘의 양이 순간적으로 증가하면 호르몬이 세포 밖 혈액으로 배출된다. 그런데 칼슘은 어디에 숨어 있다가 갑자기 나타나는 것일까.

1980년대까지 생물학자들은 세포질(핵을 제외한 부분)에 있는 작은 기관인 소포체(小胞體)를 칼슘 저장소로 믿었다. 하지만 소포체에 존재하는 칼슘의 양이 생각보다 적어 새로운 가설이 등장했다. 칼슘을 품고 있는 ‘칼시오좀’이란 기관이 있을 것이란 막연한 추측이었다.

둘 다 틀린 얘기였다. 유 교수는 분비과립 자체에 주목했다. 내부에 ‘크로모그래닌(chromogranin)’이라는 작은 단백질 덩어리가 가득 차 있다. 기능은 모르지만 염색(chromo)이 잘 되는 알갱이(granin)라서 그런 이름이 붙었다. 그런데 놀랍게도 크로모그래닌이 칼슘을 품고 있었던 것. 분비과립에 포함된 칼슘의 양은 소포체에 비해 무려 10배가 넘었다.

“1990년 처음 논문을 발표할 때 대부분의 생물학자들이 믿지 않으려고 하더군요. 지금은 학계에서 절반 정도는 인정하는 분위기예요.”

사실 생물학자들은 세포 안에 새로운 ‘해부학적 구조물’이 있을 것이란 생각을 꿈에도 하지 못했다. 세포 내 어떤 소기관들이 있는지에 대한 ‘기초적 사실’은 이미 1950년대까지 다 밝혀졌다고 여겼다. 그런데 새삼스럽게 분비과립이 칼슘 창고라니.

최근에는 더욱 놀라운 사실이 밝혀졌다. 세포질뿐 아니라 핵 안에서도 분비과립과 유사한 구조를 발견한 것. 이 연구성과는 국제 생화학전문지 ‘바이오케미스트리(Biochemistry)’ 6월호에 발표됐다.

“핵 안에 있는 유전자는 이중나선으로 압축돼 꼬여 있어요. 이 압축과정에 칼슘이 관여한다는 사실은 알려져 있었죠. 하지만 칼슘이 어디서 나오는지는 전혀 몰랐어요.”

지금까지 연구에 따르면 인체 칼슘의 3분의 2는 세포질 내 분비과립에 함유돼 있다. 지름 300nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m)인 과립이 무려 2만4000여 개나 세포에 포진해 있다.

나머지 3분의 1은 핵과 소포체가 절반씩 나눠 갖고 있다. 결국 인체 내 대부분의 칼슘 창고는 유 교수에 의해 존재가 드러난 셈이다.

유 교수의 연구성과를 응용할 수 있는 범위는 무궁무진하다. 사실 분비과립에는 호르몬뿐 아니라 주요 신경전달물질과 단백질도 포함돼 있다. 칼슘이 부족해 이들의 분비가 잘 이뤄지지 않으면 질병이 생긴다. 예를 들어 에피네프린(호르몬)이 부족하면 고혈압, 도파민(신경전달물질)이 적으면 파킨슨병, 아밀로이드(단백질)에 이상이 생기면 치매에 걸린다.

2000년대 들어 외국 학계에서 유 교수를 뒤쫓는 연구논문이 눈에 띄게 늘고 있다. 최근에는 노벨생리·의학상을 시상하는 스웨덴 카롤린스카연구소로부터 ‘언제든 와서 강연해 달라’는 요청을 받았다. 요즘 그는 지난 16년간 쌓아온 연구성과를 총정리하고 있다. 세계 생물학 교과서에 유 교수의 획기적인 칼슘이론이 한 장(章)을 차지할 날이 머지않은 듯하다.

김훈기 동아사이언스 기자 wolfkim@donga.com

:분비과립과 소포체:

○분비과립: 내부에 호르몬, 단백질 등 생리기능에 필요한 분비물을 포함하고 있는 세포 내 작은 알갱이. 최근 칼슘의 주된 저장소라는 사실이 새롭게 밝혀졌다.

○소포체: 지질과 스테로이드를 합성하는 세포 내 소기관. 과거에 칼슘의 주된 저장소로 잘못 인식됐다.