308 BMP:SHH 拮抗作用 糾明
大學院 時節 ‘分子進化學’이라는 科目을 들었다. 授業 內容은 다 잊어버렸지만 어느 날 敎授님이 한 말씀은 記憶이 鮮明하다. 學生들이 硏究 關聯 分野의 最新 論文은 熱心히 읽는데 자칫 숲은 못 보고 나무만 보는 結果가 될 수 있다는 것이다. 그러면서 숲을 보는 方法으로 1年에 한 番 敎養 生物學 敎材를 通讀하라고 勸했다. 이렇게 生物學 全般을 훑어보면 自身의 硏究도 다른 觀點에서 바라볼 수 있게 되고 뜻밖의 洞察을 얻을 수도 있다는 것이다.
筆者는 科學記者가 된 뒤 이 助言을 ‘擴大 適用해’ 여러 分野의 學部 敎材를 샀다. 時間 날 때 通讀하려던 元來 意圖가 實現되지는 않았지만 最新 硏究 結果를 記事로 다룰 때 먼저 敎材에서 關聯 部分을 읽어보고 나서 接近하니 確實히 理解의 幅이 넓어진 것 같았다. 敎授님이 助言을 한 그날 實驗을 핑계로 授業을 빼먹었다면 只今 筆者의 作業 方式은 꽤 달랐을 것이다.
胎兒의 發生過程에서 皮膚에 附屬된 器官의 形態形成이 陰陽의 關係에 있다는 事實이 밝혀졌다. 卽 BMP信號가 活性化되면(빨간색) 땀샘(哺乳類)이나 비늘(鳥類)李 되고 抑制되면(파란색) 털이나 깃털이 된다. - K. Sutliff/‘사이언스’ 提供
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털에 있어서 人間은 別種 哺乳類
體系的으로 整理된 敎材를 읽는 것만은 못하겠지만 한 主題를 폭넓게 다룬 敎養과학책을 읽는 것도 숲을 보는데 도움이 된다. 지난週 읽은 ‘헤어(Hair)’라는 冊도 그런 境遇다. 30餘 年 동안 털을 硏究해온 皮膚學者 커트 스텐은 이 冊에서 털의 科學과 文化史 等 다양한 側面을 敍述했다. 털에 關聯해 에세이를 몇 篇 쓴 筆者는 나름 털을 잘 안다고 생각하고 있었는데 冊을 읽으며 그 知識이 얼마나 斷片的이었는가를 깨달았다.
冊의 1張 ‘最初의 털’에서는 털의 構造와 機能, 進化를 다루고 있다. 特히 털의 斷熱 效果를 說明하는 部分이 흥미로운데, 哺乳類 大多數는 털이 너무 稠密해 그 사이에 갇힌 空氣가 循環이 안 돼 體溫 調節이 構造的으로 어렵다고 한다. 따라서 털이 茂盛한 皮膚에는 땀샘이 없다. 땀을 흘려봐야 빽빽한 털들의 틈에 갇혀 제대로 蒸發이 안 돼 體溫 調節에 別 도움이 안 되기 때문이다.
著者는 “人間이 斷熱이 잘 되는 털外套를 繼續 着用했다면 進化하기가 어려웠을 것”이라며 “約 100萬~300萬 年 前 靈長類(人類의 祖上)의 腦가 커지기 始作할 때 털이 빠지고 外分泌샘(땀샘)李 생겼다”고 說明했다. ‘털 없는 원숭이’라는 題目의 冊도 있듯이 毛皮가 사라지고 땀샘이 생긴 게 人類 進化의 原動力임은 알고 있었지만 둘이 맞물린 現象이라는 데까지는 생각이 미치지 못했던 筆者는 이 部分을 읽는 瞬間 ‘앗, 그거였나!’하는 깨달음에 冊欌을 뒤적거렸다.
學術誌 ‘사이언스’ 2016年 12月 23日子에는 發生過程에서 털과 땀샘의 形態 形成이 陰陽의 關係에 있다는 事實을 分子 次元에서 밝힌 論文이 실렸다. 當時
2016年 他界한 科學者들에 對한 글(‘科學은 길고 人生은 짧다’)
을 쓰느라 바빴던 筆者는 目次만 훑어보고 지나쳤는데 冊을 읽다 새삼 그 意味를 깨닫게 된 것이다.
實驗은 꽤 複雜한데 (論文 分量이 12쪽이나 된다) 硏究 內容을 要約하면 털과 땀샘이 相互 排除의 關係라는 것이다. 卽 元來 털이 날 皮膚에서 털이 생기는 信號를 抑制하면 땀샘이 생기고 땀샘이 생길 자리에서 그 信號를 抑制하면 털이 생긴다는 것이다. 事實 두 信號는 銅錢의 兩面으로 信號가 있으면 땀샘, 없으면 털이 된다. 따라서 信號의 觀點에서는 털이 음(陰), 땀샘이 量(陽)이고 形態의 觀點에서는 털이 量(突出됐으므로), 땀샘이 音이다.
美國 록펠러대의 硏究者들은 생쥐를 對象으로 이런 關係를 밝혀냈다. 大部分의 哺乳類처럼 생쥐도 皮膚에서 털이 나는 部分은 땀샘이 없고 땀샘이 있는 部分은 털이 없다. 硏究者들은 생쥐의 發生過程에서 등 (털만 있는 皮膚)과 발바닥 (땀샘만 있는 皮膚)李 되는 部分의 遺傳子 發現 패턴을 比較分析했다. 그 結果 BMP라는 蛋白質 (成長因子)을 指定하는 遺傳子軍에서 差異가 있었고 特히 BMP5街 두드러졌다. 卽 BMP5 濃度가 높은 皮膚에서는 땀샘이 생기고 낮은 皮膚에서는 毛囊이 形成됐다. 追加 硏究 結果 BMP가 SHH라는 形態 形成 蛋白質의 生成을 抑制한다는 事實이 밝혀졌다. 卽 皮膚에서 SHH가 없으면 땀샘이 생기고 있으면 털이 나는 것이다. 硏究者들은 여기에 ‘BMP:SHH 拮抗作用’이라는 이름을 붙였다.
興味롭게도 생쥐의 發生過程에서 털이나 땀샘의 生成을 指定하는 信號分子가 作用하는 期間이 定해져 있다. 卽 等 皮膚의 境遇 授精 뒤 14日 무렵에 毛囊이 形成되고 발바닥 皮膚의 境遇 授精 뒤 17日 附近에 땀샘이 形成된다. 따라서 이 時期 以前에 等 皮膚에 BMP가 많이 發現되게 하면 毛囊 代身 땀샘이 생기고 발바닥 皮膚에서 BMP를 抑制하면 땀샘 代身 毛囊이 形成된다. 反面 이 時期를 지난 뒤에는 이런 狀況을 誘導해도 所用이 없다. 結局 생쥐의 境遇 空間에 따른 遺傳子 發現 差異로 털이 나는 皮膚와 땀샘이 있는 皮膚가 區分되는 것이다. 이는 다른 大部分의 哺乳類도 마찬가지일 것이다.
生後 5一次의 생쥐 발바닥 皮膚의 斷面寫眞이다. 位는 頂上 생쥐로 땀샘(SwG) 形態가 보이고 땀샘에서 發現하는 遺傳子인 SMA가 豫想대로 많이 發現돼 있다(맨 왼쪽 寫眞에서 빨간色). 아래는 BMP信號를 傳達하는 遺傳子가 故障난 생쥐로 땀샘 代身 毛囊(HF) 形態가 보이고 毛囊에서 發現하는 K17 遺傳子의 發現輛(왼쪽에서 세 番째 寫眞에서 빨간色)과 LHX2 遺傳子의 發現輛(맨 오른쪽 寫眞에서 빨간色)이 많다. - 사이언스 提供
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생쥐는 空間, 사람은 時空間 調節
이 地點에서 銳利한 知性을 지닌 讀者는 이런 疑問이 들 것이다. ‘사람의 皮膚에는 털과 땀샘이 뒤섞여 分布하는 것 아닌가?’ 그렇다. 손발바닥이나 입술처럼 땀샘만 있는 皮膚는 있지만 생쥐의 등처럼 털만 있는 部分은 없다. 매운 걸 먹으면 머리카락 사이사이에 땀방울이 송송 맺히는 經驗을 해봤을 것이다. 그렇다면 이番 實驗 結果는 人類의 털과 땀샘 進化를 理解하는데 別 도움이 안 되는 것일까.
勿論 硏究者들은 그렇지 않다고 말한다 (아무래도 사람에게 適用되지 않으면 硏究의 影響力이 半減되기 마련이다). 基本 原理는 그대로 維持되지만 사람에서는 胎兒의 發生過程에서 遺傳子 發現이 空間의 次元뿐 아니라 時間의 次元에서도 變化하면서 털과 땀샘을 同時에 지니는 皮膚가 進化했다는 것이다.
卽 사람의 頭皮를 보면 妊娠 15週次 무렵에는 BMP가 抑制돼 毛囊이 形成되는 發生 過程이 進行된다. 그러다 17週次 무렵이 되면 BMP 發現이 늘어나면서 땀샘이 만들어지기 始作한다. 20週次에 이르면 땀샘은 繼續 形成되는 反面 새로운 毛囊은 더 以上 만들어지지 않는다. 卽 사람의 皮膚에서는 털이 생기다말고 땀샘이 만들어지는 것이다. 그 結果 사람의 皮膚에는 털과 땀샘이 뒤섞여 있다.
筆者는 2013年 學術誌 ‘셀’에 紹介된 한 論文을 素材로 에세이를 쓴 적이 있다. 東아시아人들은 EDAR이라는 遺傳子의 特定 變異形을 지닌 比率이 높은데 이런 사람들은 땀샘의 密度가 높아 땀을 많이 흘린다는 것이다. EDAR은 BMP:SHH 信號傳達 過程에 關與하는 受容體 蛋白質이다. 當時 著者들은 이런 特性이 數萬 年 前 東아시아 氣候가 高溫多濕해 그에 對한 適應으로 進化한 結果라고 說明했다. 그런데 興味롭게도 東아시아 사람들의 털 密度는 西歐나 아프리카 사람들에 비해 낮다고 한다. 그때는 그 意味를 깨닫지 못했는데 只今 생각해보면 자연스런 結果다.
예전에 西歐의 한 女性이 東아시아 男子들은 몸에 털이 없어 男子로 느껴지지 않는다고 말하는 걸 들은 적이 있는데, 이런 硏究 結果를 들려주면 생각이 좀 바뀔지 문득 궁금해진다.
※ 筆者紹介
강석기
. 서울대 化學科와 同大學院을 卒業했다. LG生活健康硏究所에서 硏究員으로 勤務했으며, 2000年부터 2012年까지 동아사이언스에서 記者로 일했다. 2012年 9月부터 프리랜서 作家로 지내고 있다. 지은 冊으로 『姜碩期의 科學카페』(1~4卷, 2012~2015),『늑대는 어떻게 개가 되었나』(2014)가 있고, 옮긴 冊으로 『反物質』(2013), 『가슴이야기』(2014)가 있다.
