[화학] 2015년 – DNA 복구 메커니즘 연구 공헌

토마스 린달(Tomas Lindahl)

토마스 린달

출생: 1938년 1월 28일, 스웨덴, 스톡홀름
수상 당시 소속: 영국, 하트퍼드셔 주, 프랜시스크릭 연구소 / 영국, 하트퍼드셔 주, 클레어홀 연구소
 

생애

토마스 린달은 스웨덴 스톡홀름 태생이고, 1967년 스톡홀름 카롤린스카 연구소에서 박사학위를 받았다. 뉴저지 프린스턴 대학교와 뉴욕 록펠러 대학교에서 박사후 과정을 마친 뒤, 스웨덴 예테보리 대학의 의학 및 생화학 교수가 되었다. 1981년부터 영국 하트퍼드셔의 클레어홀 연구소 영국 암연구센터에서 근무하고 있다.

업적

살아있는 세포들은 유기체의 유전자를 가진 DNA 분자들을 가지고 있다. 유기체가 살고 발전하려면 그 DNA는 변할 수 없다. DNA 분자들은 완벽하게 안정적이지는 못해서 손상될 수 있다. 1970년대 중반부터 토마스 린달은 박테리아 연구를 통해 특정한 단백질 분자, 즉 복구 효소가 DNA의 손상된 부분을 어떻게 제거하고 교체하는지 밝혀냈다. 이러한 발견들은 살아있는 세포의 작동 방식, 암 및 노화 진행의 원인에 대한 이해를 증진시켰다.

 

폴 L. 모드리치(Paul L. Modrich)

폴 L. 모드리치

출생: 1946년 6월 13일, 미국, 뉴멕시코 주, 레이턴
수상 당시 소속: 미국, 노스캐롤라이나 주, 더럼, 하워드휴즈 의학연구소 / 미국, 노스캐롤라이나 주, 더럼, 듀크대 의과대학
 

생애

폴 모드리치는 미국 뉴멕시코 주 레이턴에서 태어나고 자랐다. 그의 부친은 생물교사로 그의 자연에 대한 호기심을 장려했다. 1973년 스탠퍼드 대학에서 박사학위를 받았고 매사추세츠 공과대학에서도 수학했다. 1976년부터 노스캐롤라이나 주 더럼의 듀크 대학에서 재직하고 있다. 메릴랜드 주 체비체이스의 하워드휴즈 의학연구소에도 소속되어 있다.

업적

살아있는 세포들은 유기체의 유전자를 가진 DNA 분자들을 가지고 있다. 유기체가 살고 발전하려면 그 DNA는 변할 수 없다. DNA 분자들은 완벽하게 안정적이지는 못해서 손상될 수 있다. 1989년, 폴 모드리치는 박테리아 바이러스 연구를 통해 DNA분자에 붙은 메틸기들이 어떻게 DNA 복제 오류를 복구하는 신호로 작용하는지 밝혀냈다. 이러한 발견들은 살아있는 세포의 작동 방식, 암 및 노화 진행의 원인에 대한 이해를 증진시켰다.

 

아지즈 산자르(Aziz Sancar)

아지즈 산자르

출생: 1946년 9월 8일, 터키, 사부르
수상 당시 소속: 미국, 노스캐롤라이나 주, 채플힐, 노스캐롤라이나 대학
 

생애

아지즈 산자르는 터키 남동부 사부르의 중하류층 가정에서 태어났다. 그의 부모는 교육을 받지 못했지만 자녀 교육을 매우 중시했다. 이스탄불 대학에서 수학하고, 1977년 댈러스의 텍사스 대학에서 박사학위를 받았다. 노스캐롤라이나 대학 채플힐캠퍼스 의과대학 교수로 재직중이다. 생화학 및 생물리학 교수인 그웬 볼스 산자르(Gwen Boles Sancar)와 혼인하였다.

업적

살아있는 세포들은 유기체의 유전자를 가진 DNA 분자들을 가지고 있다. 유기체가 살고 발전하려면 그 DNA는 변할 수 없다. DNA 분자들은 완벽하게 안정적이지는 못해서 손상될 수 있다. 1983년, 아지즈 산자르는 박테리아 연구를 통해 특정한 단백질 분자, 즉 복구 효소들이 어떻게 자외선(UV)에 의해 손상된 DNA를 복구하는지 밝혀냈다. 이러한 발견들은 살아있는 세포의 작동 방식, 암 및 노화 진행의 원인에 대한 이해를 증진시켰다.

<시상식 연설>

국왕 폐하, 왕실가족 여러분, 존경하는 노벨상 수상자 여러분, 그리고 신사숙녀 여러분

수정란 세포에는 인간을 창조하는데 필요한 모든 정보가 담겨 있으며, 이 정보는 우리의 유전물질인 DNA에 저장되어 있습니다. 1869년, 프리드리히 미셰르(Friedrich Miescher)가 백혈구 세포로부터 새로운 물질을 분리하면서 DNA의 발견하였습니다. 미셰르는 튀빙겐에 있는 한 성의 주방에서 지역 병원에서 매일 수거한 더러운 붕대를 소재로 연구를 실시했습니다. 감염부위 주변에 생기는 고름에는 다량의 백혈구 세포가 있었고, 미셰르는 여기에서 오늘날 우리가 DNA라고 부르는 뉴클레인(nuclein)을 분리했습니다. 60년 후 피버스 레빈(Phoebus Levene)이 DNA가 네 가지 다른 기반의 뉴클레오티드(nucleotide)로 구성되었다는 것을 증명했고, 1930년대에는 두 명의 스웨덴 과학자, 토비언 캐스퍼슨(Torbjörn Caspersson)과 에이나르 함마르스텐(Einar Hammarsten)은 이 뉴클레오티드가 매우 긴 DNA 사슬로 연결되어 있다는 것을 밝혀냈습니다. 그러나 당시에는 DNA처럼 단순하고 반복적인 분자가 인간처럼 복잡한 존재를 창조하는데 필요한 모든 정보를 부호화할 수 있다는 것은 터무니없는 것으로 여겨졌습니다. DNA가 실제로 유전 정보를 포함하고 있다는 최초 실험 증거는, 1944년 오스월드 에이버리(Oswald T. Avery)가 폐렴쌍구균에서 전달된 DNA가 박테리아의 형질을 바꿀 수 있다는 것을 밝히고 나서야 발표되었습니다.

다음 중요한 진전은 생화학자 어윈 샤가프(Erwin Chargaff)가 종이 크래마토그래피를 사용하여 DNA 4개 염기의 상대적 숫자가 공동 변환된다는 것을 밝혀낸 것입니다. 샤가프의 결론은 로절린드 프랭클린(Rosalind E. Franklin)과 모리스 윌킨스(Maurice H. Wilkins)가 제작한 DNA의 X선 결정 이미지와 함께 추후 독창적인 분자 모형 구축을 위한 기반을 제공하였고, 이를 통해 제임스 왓슨(James D. Watson)과 프랜시스 크릭(Francis H. Crick)은 1953년 네이처(Nature)지에 DNA 구조를 발표할 수 있었습니다. 마치 마법처럼, 이렇게 단순해 보이는 DNA 분자가 어떻게 새로운 세대의 세포로 전달될 수 있는 유전 정보를 저장할 수 있는지에 대한 설명이 되었습니다. DNA 분자는 분리되어 새로운 DNA 합성의 주형으로 사용할 수 있는 두 가닥의 상보적 사슬로 구성됩니다. 이를 통해 세포가 분화될 때마다 DNA가 복제되면서 수백만 년에 걸쳐 유전 물질이 지속적으로 새로운 세대로 이전되고 있습니다.

[유전 정보가 DNA에 저장되어 있다는 발견과 20세기 가장 위대한 과학적 발전들에 대한 이해] 그러나 어떻게 DNA 같은 화학적 분자가 시간이 지나면서 안정되는 것이 가능할까요? 모든 화학적 과정에서는 무작위적인 실수들이 발생합니다. 또한, 우리의 유전자는 매일 DNA를 손상시킨다고 알려진 복사선 및 활성분자의 영향을 받습니다.

DNA를 그렇게 놀랍도록 온전하게 유지하는 것은 분자 복구 메커니즘 때문입니다. 한 무리의 단백질이 우리의 유전자를 감시합니다. DNA 손상은 지속적으로 회복되고 DNA 복제 시 발생한 실수들은 정정됩니다. 올해 노벨화학상은 세부적인 분자 수준에서 이러한 근본적인 과정을 밝혀낸 세 명의 과학자들에게 수여됩니다. 토마스 린달 교수의 연구는 자발적인 화학적 과정들이 세포 게놈에 치명적일 수 있는 수천 건의 손상을 날마다 유발한다는 것을 밝히는데 성공했습니다. 그는 이러한 자생적 손상을 모두 복구하는 분자 시스템이 분명 존재한다는 결론을 내리면서, 완전히 새로운 연구 분야를 개척했습니다. 그는 자신의 연구를 통해 오늘날 염기절제에 의한 복구라고 알려진 복구 메커니즘을 파악할 수 있었습니다. 폴 모드리치 교수는 세포가 어떻게 DNA 복제 시 간헐적으로 발생하는 염기의 불일치를 정정할 수 있는지에 대해 연구했습니다. 그는 신중한 연구를 통해 이 정보가 새로운 세대로 어떻게 전달되는지 밝힐 수 있었는데, 이는 소위 불일치 복구로 알려져 있습니다. 오늘날 우리는 이 시스템이 인간의 유전 물질 복제 시 발생하는 모든 실수들의 99.9%를 정정한다는 것을 알고 있습니다. DNA는 또한 자외선이나 흡연 등 외적인 요인들에 의해 손상될 수 있습니다. 이러한 손상은 뉴클레오티드 절제 복구를 통해 제거할 수 있습니다. 세 번째 수상자 아지즈 산자르 교수는 이러한 시스템을 구축하는 구성요소들을 파악하고, 이들이 DNA 손상 정정을 위해 어떻게 작용하는지에 대해 분자적인 수준에서 상세히 설명했습니다.

토마스 린달 교수님, 폴 모드리치 교수님, 아지즈 산자르 교수님,

여러분의 DNA 복구에 대한 연구는 정교한 분자적 수준에서 유전 물질의 무결성을 보전하는 놀라운 회복 메커니즘을 밝혀냈습니다. 스웨덴 왕립과학 아카데미를 대표해서 진심 어린 축하의 말씀을 전합니다. 이제 국왕께서 노벨상을 수여하시겠습니다.