예쁜꼬마선충 세포 예정사 연구의 첫 단추를 끼우다

인간의 몸속에서는 매일 500억 개에서 1,000억 개의 세포가 소리 소문 없이 '자살'을 선택한다. 바이러스에 감염되거나 DNA가 망가진 세포들이 암세포로 돌변하기 전에 스스로 스위치를 끄고 파괴되는 것이다. 만약 올챙이가 개구리로 변할 때 꼬리 세포들이 자살하지 않는다면, 태아의 손가락 사이사이의 물갈퀴 세포들이 자살하지 않는다면 우리는 어떤 끔찍한 기형의 모습을 하고 있을까? 이처럼 생명체가 전체의 완벽한 조화를 위해 불필요한 세포를 프로그램에 따라 정확한 타이밍에 스스로 죽게 만드는 현상을 '세포 예정사(Apoptosis, 아포토시스)'라고 부른다. 2002년 노벨 생리의학상은 바로 이 끔찍하고도 아름다운 세포의 집단 자살 메커니즘을 밝혀낸 과학자들에게 돌아갔다. 그런데 이 거대한 생명의 비밀을 풀어준 주인공은 인간이 아니라, 흙 속에 사는 고작 1밀리미터짜리 징그럽고 투명한 벌레 한 마리였다. '예쁜꼬마선충(C. elegans)'이라는 기괴한 이름의 벌레가 어떻게 현대 생물학의 가장 위대한 영웅이 되었는지 그 족집게 연구 속으로 들어가 보자.

투명하고 완벽하게 통제된 몸뚱이

과학자 시드니 브레너(Sydney Brenner)는 생명의 유전자 작동 원리를 밝히기 위해 가장 단순하고 투명한 실험동물을 찾고 있었다. 인간의 세포는 수십조 개나 되어서 도무지 추적할 수가 없었다. 그때 그의 눈에 띈 것이 바로 예쁜꼬마선충이었다. 이 벌레는 현미경으로 들여다보면 내장과 신경이 훤히 다 비치는 완벽한 '투명' 벌레다. 더 미치도록 완벽한 조건은, 이 벌레는 알에서 깨어나 어른이 될 때까지 몸을 구성하는 전체 세포의 숫자가 정확하게 '959개(수컷은 1031개)'로 늘 똑같이 고정되어 있다는 것이다. 세포 1개, 2개, 3개... 과학자들은 현미경을 들여다보며 이 벌레가 태어날 때부터 죽을 때까지 어떤 세포가 어디로 이동해서 신경이 되고 근육이 되는지 그 완벽한 '세포 족보(세포 지도)'를 한 땀 한 땀 전부 그려내는 미친 짓에 성공했다.

131개 세포의 미스터리한 연쇄 자살

그런데 이 완벽한 족보를 그리던 존 설스턴(John Sulston) 박사는 현미경을 보다가 소름 돋는 이상한 현상을 발견했다. 이 벌레가 알에서 깨어나 자라는 동안 원래 만들어지는 세포의 총 개수는 1,090개였다. 그런데 어른 벌레가 완성되는 과정에서, 정확히 131개의 특정 세포들이 마치 프로그램된 타이머가 울리듯 픽픽 쓰러지며 쪼그라들어 자살해 버리는 것이었다. 주변에 염증을 일으키거나 터져 죽는 것(괴사)이 아니라, 스스로 짐을 싸서 얌전하게 쪼그라든 뒤 주변 세포들에게 깔끔하게 잡아먹혀 흔적도 없이 사라졌다. 1090마리의 군인 중 정확히 지목된 131명만 조용히 스스로 목숨을 끊는 이 기괴하고도 완벽한 '집단 자살(아포토시스)' 현상을 처음으로 두 눈으로 목격한 것이다.

자살을 지시하는 죽음의 유전자

뒤이어 로버트 호비츠(Robert Horvitz) 박사가 이 131개의 세포가 도대체 '왜, 어떻게' 자살하는지 유전자를 뒤져서 범인을 찾아냈다. 그는 벌레의 유전자 속에 세포에게 '죽어라!'라고 명령을 내리는 사형 선고 유전자(ced-3, ced-4)와, 반대로 '죽지 마!'라고 말리는 방패 유전자(ced-9)가 있다는 것을 완벽하게 끄집어냈다. 즉, 세포의 자살은 우연한 사고가 아니라 유전자(DNA)에 철저하게 암호화되어 조종되는 완벽한 '생물학적 프로그램'이었던 것이다. 방패 유전자와 사형 유전자가 팽팽하게 힘겨루기를 하다가, 세포가 늙거나 병들면 방패가 사라지고 사형 유전자가 발동하여 단백질 가위(카스파제)를 만들어 세포를 스스로 토막 내어 죽이는 완벽한 자폭 장치였다.

인간의 암을 고치는 열쇠가 되다

예쁜꼬마선충에서 발견된 이 죽음의 유전자들은 인간의 몸속에도 이름만 다를 뿐 완벽하게 똑같은 유전자(p53, Bcl-2)로 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 인간의 암(Cancer)이라는 질병은 도대체 무엇일까? 바로 이 '세포 자살 유전자'가 고장 나서, 타이머가 울렸는데도 죽지 않고 끝없이 분열하며 썩은 좀비처럼 몸통을 갉아먹는 돌연변이들이다. 오늘날 최첨단 항암제들은 바로 이 예쁜꼬마선충이 알려준 죽음의 스위치를 억지로 다시 켜서, 암세포들이 스스로 목숨을 끊게(자살하게) 만드는 원리로 만들어지고 있다. ![노벨 생물학상, 작은 벌레를 현미경으로 들여다보는 시드니 브레너의 초상화, 빛나는 삶과 죽음의 유전자 코드에 둘러싸여 있음](https://image.pollinations.