[생리의학] 2013년 – 세포의 운송 시스템인 소포유통을 조절하는 메커니즘 규명(제임스 로스먼, 랜디 셰크먼, 토마스 쥐트호프)

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  • 1950 ~
    제임스 로스먼

    James E. Rothman

    제임스 E. 로스먼(영어: James E. Rothman, 1950년 11월 3일 ~ )은 미국의 생물학자이다. 2013년 노벨 생리학상을 공동수상하였다.

    본명은 제임스 에드워드 로스먼(James Edward Rothman)이며, 1950년 미국 매사추세츠주 에식스카운티의 해버힐(Haverhill)에서 태어났다. 1967년 코네티컷주의 폼프렛스쿨(Pomfret School)을 졸업한 뒤 예일대학교 물리학과에 진학하여 1971년 최우등으로 졸업하였고, 1976년 하버드대학교 의과대학에서 생화학을 전공하여 박사 학위를 취득하였다. 이후 매사추세츠공과대학의 하비 로디시(Harvey Lodish) 연구소에서 2년간 박사후 연구원 과정을 수료하였다.

    1978년 스탠퍼드대학교 생화학과 조교수가 되었고, 1988년 프린스터대학교로 옮겨 1991년까지 분자생물학과 교수로 재직하였다. 이후 뉴욕 메모리얼슬론케터링암센터(Memorial Sloan-Kettering Cancer Center)의 세포생화학·생물물리학과 창설에 참여하여 책임자가 되었으며, 센터 내 슬론캐터링연구소(Sloan-Kettering Institute) 부소장으로 재직하였다. 2003년 컬럼비아대학교 의학대학원 생리학과 교수를 거쳐 2008년 예일대학교 화학과 교수로 자리를 옮겼으며, 나노생물학연구소 소장을 겸하고 있다.

  • 20140210_143512
    1948 ~
    랜디 셰크먼

    Randy W. Schekman

    랜디 웨인 셰크먼(영어: Randy Wayne Schekman, 1948년 12월 30일 ~ )은 미국의 생리의학자로 2013년 노벨 생리학상을 공동수상하였다. 캘리포니아 대학교 버클리의 분자생물학 교수로 재직중이다.

    본명은 랜디 웨인 셰크먼(Randy Wayne Schekman)이며, 1948년 미국 미네소타주의 세인트폴에서 태어났다. 1971년 캘리포니아대학교 로스앤젤레스캠퍼스(UCLA)에 진학하여 분자과학을 전공하였고, 재학 중에 스코틀랜드의 에든버러대학교에서 교환학생으로 공부하였다. 1975년 스탠퍼드대학교 의과대학원에서 노벨생리·의학상 수상자인 아서 콘버그(Arthur Kornberg)를 지도교수로 하여 DNA 복제에 관한 논문으로 박사 학위를 취득하였다.

    1976년부터 UCLA에서 강의 및 연구활동을 시작하여 1984년 조교수를 거쳐 1994년 정교수가 되었으며, 분자세포생물학과에서 세포생물학과 발생생물학을 강의하고 있다. 1991년 이후 하워드휴스의학연구소(Howard Hughes Medical Institute) 연구원을 겸하고 있으며, 1999년에는 미국세포생물학회(American Society for Cell Biology) 회장으로 선출되었다. 40년 가까이 세포생물학 연구에 종사하면서 이 분야의 기초적 ‘규칙’을 많이 규명해냄으로써 현대 세포생물학의 창시자 중 한 명으로 꼽힌다.

  • 20140210_1436341955 ~
    토마스 쥐트호프

    Thomas C. Südhof

    토마스 C. 쥐트호프(Thomas C. Südhof, 1955년 12월 22일 ~ )는 독일 출생 미국의 생화학자이다. 2013년 노벨 생리학상을 공동수상하였다.

    1955년 독일 니더작센주의 괴팅겐에서 태어났다. 1975년 하노버발도르프스쿨(Hannover Waldorf School)을 졸업한 뒤 아헨공과대학교(RWTH Aachen University)과 하버드대학교를 거쳐 1982년 괴팅겐대학교에서 크로마핀 세포(Chromaffin Cells)에 관한 논문으로 의학박사 학위를 취득하였다.

    1983년 미국으로 건너가 텍사스대학교 건강과학센터(지금의 사우스웨스턴 메디컬센터)에서 노벨생리·의학상 수상자인 마이클 스튜어트 브라운(Michael Stuart Brown)과 조지프 골드스타인(Joseph Goldstein)의 지도하에 박사후 연구원 과정을 마친 뒤 사우스웨스턴 메디컬센터에 자신의 연구소를 갖고 20여 년간 시냅스 전 신경세포(Presynaptic Neuron)를 중점으로 한 연구에 종사하였다. 2008년부터 스탠퍼드대학교 의과대학 교수로 옮겨 분자세포학과 생리학, 신경학 등을 강의하고 있으며, 1986년 이후 하워드휴스의학연구소(Howard Hughes Medical Institute) 연구원을 겸하고 있다.

수상 업적

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2013 was awarded jointly to James E. Rothman, Randy W. Schekman and Thomas C. Südhof“for their discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells”.

2013년 노벨 생리의학상은 “세포의 물질 운송 메커니즘을 규명한 공로”로 제임스 로스먼, 랜디 셰크먼, 토마스 쥐트호프에게 공동 수여되었습니다. 스웨덴 카롤린스카 의대 노벨위원회는 “이 세 과학자가 세포 내에 인간이 살아가는 데 필요한 호르몬이나 특이 단백질을 정확한 타이밍에 정확하게 원하는 곳에 전달하는 운반 시스템을 발견한 공로를 높이 평가했다”고 선정 이유를 밝혔습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분,
오늘 이 노벨 시상식에 여기 제 주위로 보이는 아름다운 꽃들이 없다고 상상해 보십시오. 이 꽃들은 매해 이탈리아 산레모에서 스톡홀름으로 배달됩니다. 만약에 잘못 주문되어 코펜하겐으로 배달됐다고 생각해 보세요. 제대로 된 운송 시스템이 없다면 이런 일들이 비일비재하게 일어날 것입니다. 혼란을 피하기 위해 우리는 적합한 운송수단에 화물이 탑재되어 정확한 시간에 정확한 목적지로 운송되도록 정밀하게 조정되는 운송 시스템에 완전히 의존합니다.

서로 다른 구역으로 나눠진 세포는 이와 유사한 운송의 업무를 맡고 있습니다. 인체의 각 세포는 공장처럼 분자를 생산하고 이들 분자는 적시에 특정 위치로 운송됩니다. 거품처럼 생긴 소포는 세포 내의 서로 다른 구역으로 분자들을 나릅니다. 세포 생리학의 최대 미스터리 중 하나는 어떻게 이들 소포들이 적시에 정확한 목적지로 운송되는가? 그리고 이 프로세스는 순간적으로 어떻게 그처럼 정확하게 제어되는가? 입니다.

1970년대, 랜디 셰크먼은 이러한 문제에 심취해 있었습니다 그는 하나의 모델로서 이스트 효모균을 사용하여 소포의 운송을 연구했습니다. 그는 이스트 세포가 불완전한 운송 장치를 가지고 있음을 알아냈습니다. 이들 세포는 엉망으로 계획된 대중 운송 시스템과 유사했고 기차가 레일 문제로 역을 출발하지 못할 때의 혼잡한 도시 상황과 비슷했습니다. 꾸역꾸역 늘어나는 승객들이 역을 가득 메우고 일부 승객들은 경로를 바꿔 다른 곳으로 향하는 상황 말입니다. 셰크먼의 실험에서 소포들은 세포의 특정 부분에 쌓여 있습니다. 그는 이러한 혼잡의 원인이 유전적인 원인 때문이었고 계속해서 돌연변이가 된 유전자를 찾아 내기 위해서라는 것을 알아냈습니다. 셰크먼은 이러한 획기적인 실험으로 세포에서 소포 운송을 중재하는 긴밀한 제어 기제에 대해 새롭게 밝혀냈습니다.

제임스 로스먼 또한 세포의 운송 체계에 대해 흥미를 느끼고 있었는데, 1980-90년대, 소포 운송을 연구하던 도중 소포가 목적지 세포막에 정착하여 융해되도록 하는 단백질 복합체를 발견했습니다. 이 융해 과정에서 단백질은 소포와 해당 세포막 모두에서 지퍼의 양쪽처럼 서로 결합합니다. 많은 단백질이 존재하며 특정 조합으로만 결합되면서 운송물질이 정확한 지점에 도달하도록 합니다. 이처럼 획기적인 실험에서 로스먼은 지퍼와 같은 기능을 사용하여 소포들이 세포의 정확한 도착지점을 알아내는 방법을 확인할 수 있었습니다.

하지만 의문점은 여전히 남아 있습니다. 어떻게 분자들이 이처럼 정확한 방식으로 소포에서 분사돼 나갈까요? 토마스 쥐트호프는 뇌에서 신경세포들이 어떻게 서로 커뮤니케이션하는지에 대해 골몰했습니다. 신호처리 분자, 즉 신경전달물질은 로스먼과 셰크먼이 발견한 기제를 사용하여 소포로부터 떨어져나갑니다. 1990년대, 쥐트호프는 이러한 프로세스를 제어하는 칼슘 민감성 단백질을 연구했습니다. 그는 칼슘 이온을 감지하여 소포의 용해를 유발시키는 분자를 밝혀냈습니다. 이 분자는 지퍼가 열려 해당 물질이 분사되도록 합니다. 역사에 남을 이 쥐트호프의 발견은 어떻게 해서 소포가 전달물질을 명령에 따라 신속하게 방출하는지를 설명해줍니다. 마치 이 꽃들이 바로 오늘 이 노벨 시상식에 배달된 것처럼 신경전달물질은 신경세포로부터 순간적으로 정확하게 전달됩니다.

2013년의 노벨상수상자들은 세포 생리학의 근본 프로세스들을 발견했고 이들의 발견은 어떻게 분자가 정확하게 적시에 목적지로 운송되는지를 이해하는 단초를 제공했습니다. 이처럼 놀랍도록 정확한 메커니즘이 아니었다면 우리는 아마 생존하지 못했을 것입니다. 이 프로세스는 신경전달물질을 신경 세포 간에 이동시키는 데 꼭 필요할 뿐만 아니라 식사 후 혈당량을 조절하는 인슐린 같은 호르몬을 분비하는 데에도 필수불가결하다고 할 것입니다.

로스먼, 셰크먼, 쥐트호프 교수님,
획기적인 실험으로 세포 생리학의 중요한 미스테리 중 하나를 해결하셨습니다. 이 발견으로 인해 세포가 소포에 함유된 분자들의 경로를 결정하여 다양한 세포내의 목적지로 분자를 운송하는 과정에 대한 이해의 패러다임이 바뀌었습니다. 분자 물질의 운송에 있어서 적시에 정확한 위치를 지정하는 기제야 말로 바로 우리 생존에 필수적인 요소라 하겠습니다. 왕립 카롤린스카 연구소를 대표하여 교수님들의 노고와 공로에 깊은 존경을 표합니다. 이제 전하께 나아가 노벨상을 수상하시겠습니다.