저는 만화를 좋아하는 편이 아닙니다. 전 대부분 만화들이 재밌지 않고 이상하다고 생각합니다. 하지만 '뉴요커' 에서 그린 이 만화는 좋아합니다.
(내용: 절대 새로운 생각은 하지 말아라) (웃음)
여기서 남자는 고양이한테 말하고 있어요. 감히 다른 생각을 하지 마라. 저는 저 고양이였던 것 같아요. 저는 항상 새로운 사고를 하고 싶어했어요, 아마 제가 이 분야에서, 화학자나 박테리아 유전학자와는 다른 배경을 가지고 있기 때문일 거에요. 그래서 사람들은 저에게 제가 왜 그러든 제가 누구든 제가 말하는 암의 원인이 말도 안된다고 말했어요.
그럼 제가 그것에 대해 왜 그렇게 생각하는지 말해볼게요. 이야기를 시작하면서, 먼저 이미 생물을 어느 정도 알고 계시는 분에게 죄송하지만, 일단 굉장히 간단하게 발생 생물학에 대해 알려드리고자 합니다. 당신의 어머니와 아버지가 만났을 때, 약간의 변이가 있는 둥그런 수정란이 되지요 이것이 자라고 자라서 이렇게 잘 생긴 남자를 만드는거죠.
(박수)
이 남자는 그의 몸 속의 모든 세포가 같은
유전자 정보를 가지고 있어요, 그러면 어떻게 해서 그의 코가 그의 코가 되고, 그의 팔꿈치가 그대로 팔꿈치가 될까요? 왜 어느 날 아침 갑자기, 그의 코가 발로 변하지 않은 채로요? 그럴 수 있어요. 같은 유전적 정보를 가지고 있으니까요.
여러분들 모두 돌리를 기억하실 겁니다. 돌리는 하나의 유선세포에서 왔어요. 왜 그렇게 되지 않는 걸까요? 그의 몸 속에는 얼마나 많은 세포가 있을지 추측해보세요. 한 10조에서 70조 사이의 세포가 그의 몸 속에 있어요. 조라니! 그러면 어떻게 이 세포들이 같은 유전적 내용을 가지고 조직을 형성했을까요? 여러분들이 몸 속에 있는 세포의 위대함을 생각을 하면 제가 앞서 제기했던 문제가 더 흥미로워질겁니다.
현재 가장 우세한 암에 대한 이론에 의하면 한 암세포 안에 하나의 종양 유전자가 있고 그 종양 유전자가 암환자를 만드는 것 입니다. 저한테는 이것이 말도 안된다고 생각해요. 여러분은 조가 어떻게 보이는지 아시는 지요? 봅시다. 보면 0 다음에 계속 또 0 이 이어지네요.
만약 이 세포들 중 0.01%의 세포가 돌연변이가 되고, 0.001%가 암이 있다면, 당신은 암 덩어리가 될거에요. 당신은 암세포로 뒤덮여 있을 거에요. 그런데 그렇지 않잖아요. 왜그럴까요?
저는 여러해 동안 여러 실험들을 하면서 그 원인이 내용물과 구조라는 것으로 결론 내렸습니다.
이 사실을 보여줄 수 있었던 몇몇 중요한 실험들에 대해 간단히 얘기해볼게요. 저는 이 바이러스를 연구했고, 그 바이러스는 닭 내부에서 못생긴 종양을 만들었어요. 라우스가 이 바이러스를 1911년에 발견했지요. 이것은 처음으로 발견한 암 바이러스였고, 그 걸 제가 :"암유전자"를 뜻하는 "종양유전자"라고 부르게 된 것이죠. 그는 여과된 액체를 얻어냈어요. 그는 필터에 종양을 여과시켜서 얻어냈죠. 그는 이것을 다른 닭에 주입시켰고 또 다른 종양을 얻어냈습니다.
과학자들은 매우 흥분했죠. 그리고 그들은 하나의 종양유전자가 그런 결과를 초래할 수 있다고 말했습니다. 하나의 종양유전자면 된다고요. 그래서 그들은 닭의 세포들을 배양조직에 넣고, 그 위에 바이러스를 넣었어요. 양이 많아지면, 과학자들은 어느 것이 종양이고 어느 것이 정상인지 판별하겠죠.
다시 말하자면 저는 이게 말이 안된다고 생각해요. 다양한 이유로, 우리는 종양 유전자를 파란 표시기에 부착시킨 다음 종양 유전자를 닭의 배아에 투입했습니다. 보세요. 저건 배아 속에 있는 아름다운 날개에요. 저 파란 세포 하나 하나가 한 암세포 안에 있는 암 유전자고, 그 유전자들이 저 날개의 일부분입니다. 그래서 우리가 저 날개를 분해해서 접시위에 놓으면, 파란 세포 덩어리를 볼 수 있습니다. 그래서 닭에서는 종양을 얻을 수 있는 반면, 배아에서는 그렇지 않아요. 하지만 배아를 분해해서 접시 위에 놓으면 또 다른 종양을 볼 수 있어요. 무슨 의미일까요? 이것은 미세 환경과 세포들을 둘러싸고 있는 내용물이 사실은 암유전자와 암세포에게 무엇을 해야하는지 알려주고 있는 겁니다.
이제 일상적인 에를 들어볼게요. 한 번 인간의 유선에 대해 말해 보도록 하죠. 저는 유방암을 연구합니다. 여기 인간 유방 사진이 있는데요. 많은 사람들이 유방이 어떻게 생겼는지는 알지만 유방 안에 대해서는 잘 모르죠. 그 안에는 예쁘게 자라고 있는 나무 모양의 구조들이 있습니다. acinus라 부르는 유선이 있는데 선방은 유방 속에 있는 미세한 튜브로 아이가 젖을 빨 때, 선방을 통해 젖이 젖꼭지까지 이동을 합니다. 우리는 선방 약간을 가지고 실험을 하고자 결정했습니다.
우리는 아릅답다고 말하죠. 아 예쁜 구조를 보세요. 우리는 이 구조를 만들고 싶고, 질문을 했죠. 어떻게 세포가 저런 걸 할까? 여러분들 사진을 보면, 빨간 세포들 주위로 파란 세포들이 둘러져 있고, 다른 세포들이 빨간색과 다른 세포들을 쥐고 있고 그 뒤에는 사람들이 보통 비활성이라고 생각하는 물질이 있어요. 그리고 그 물질은 모양을 유지하기 위해 구조를 갖추고 있어요. 수 년전에 우리는 우선 전자현미경으로 그 사진을 찍었습니다. 여기 꽤 예쁜 한 세포가 있는데 이 세포는 밑부분이 있고, 윗부분이 있어요. 이것은 많은 양의 젖를 분비하고 있습니다. 왜냐하면 이 세포는 임신 초기의 쥐의 세포이기 때문이죠.
이 세포들을 접시위에 올려놓으면 3일 내로 저렇게 됩니다. 그들은 완전히 잊어버렸어요. 그 세포들을 꺼내서 접시위에 두면 젖을 만들지 못해요. 완전히 잊은거죠. 예를 들어, 왼쪽에는 노란색의 우유방울이 있는 반면, 오른쪽에는 하나도 없어요. 세포핵을 보세요. 왼쪽에는 세포핵이 동물 안에 있지만 오른쪽은 세포핵이 접시에 있어요. 그 둘은 서로 완전히 다른 겁니다.
이것이 무엇을 시사할까요? 이것 역시 내용물이 더 중요하다는 것을 말해줍니다. 다른 내용물에서, 세포들은 다른 일을 한다는 겁니다. 그러면 내용물은 신호를 어떻게 보낼까요? 그래서 아인슈타인이 "처음 보기에 이상해 보이지 않는 아이디어에는 희망이 없다"고 말했습니다. 여러분들은 제가 얼마나 반대를 받았는지 상상이 되실 거에요. 그래서 연구비를 받을 수 없었고 다른 많은 것들을 할 수 없었어요. 하지만 일이 잘 풀려서 다행입니다.
우리는 마우스의 유선의 단면 샘플을 만들었죠. 그리고 그 모든 선방들이 저기 있어요. 주변에 붉은 세포로 둘러싸인 이것들 각각은 acinus 에요. 우리가 그랬죠. 좋아, '이걸로 시도해서 만들어보자.' 저는 사람들이 그저 구조적인 교수대라고 생각하는 선방 주위의 빨간 세포들이 아마도 정보를 가지고 있을지도 모른다고 생각했습니다. 아마도 세포들에게나 세포핵에게 무엇을 하라고 말할 수도 있겠죠. 제가 말했듯이 ECM이라 불리우는 세포외 기질들이 세포들에게 무엇을 해야하는지 신호를 보냅니다.
우리는 저렇게 보이는 것을 만들기로 결정을 내렸었죠. 우리는 그 안에 알맞은 세포외 기질이 있는 부드러운 재료를 찾았고, 우리는 그 재료 안에 세포들을 4일동안 넣었습니다. 그랬더니 그들은 재조직되었습니다. 오른쪽은, 우리가 배양균조직에서 만들 수 있는 것입니다. 왼쪽에 있는 것은 동물 내부에 있는 걸로, vivo라 불리는 겁니다. 배양균안에 있는 것은 우유로 가득 차 있었고, 저 빨간세포는 우유로 가득 차 있어요. 우리는 미국 청중들을 위해 우유를 얻어냈어요. 그럼, 여기 아름다운 인간 세포가 있는데 여러분들은 역시 여기서도 내용물이 중요한 역할을 한다고 추측할 수 있을 거에요.
그럼 우리는 무엇을 했을까요? 저는 급진적인 가설을 세웠어요. 저는 만약 구조가 우세하다면, 암세포로 복귀시키는 구조는 암세포가 자신을 정상세포로 생각하도록 해야한다고 주장하죠. 할 수 있을까? 그래서 시도해보았죠. 그렇게 하기위해서는, 우리는 악성세포로부터 정상세포를 구분할 수 있는 방법이 필요했습니다. 왼쪽에 있는 것은 인간 유방에 있는 한 개의 정상세포인데 세포를 세포외 기질이 있는 삼차원의 부드러운 젤에 넣으면 이렇게 아름다운 구조를 만들어냅니다. 오른쪽에는, 매우 못생긴 세포들이 계속 자라고 정상 세포가 멈춰있는 걸 볼 수 있어요. 더 확대된 사진에서는 정상 선방과 못생긴 종양을 보실 수 있어요.
우리는 이 못생긴 종양들의 표면 위에 무엇이 있을지 궁금해했어요. 암세포가 미친듯이 신호를 보내고 그들의 경로가 모든 것을 망가트리는데, 우리가 그들을 진정시키고 정상 수준으로 만들수 있을까? 이 실험은 멋졌어요. 절 놀라게 했죠. 이것이 우리가 얻어낸 결과입니다. 우리가 악성 형태를 정상으로 되돌아가게 했어요.
(박수)
제가 실험할 때, 악성 형태 하나만 가지고 하지 않았다는 것을 보여드리기 위해 여기 짧은 영상이 있습니다. 왼쪽에는 모든게 악성세포들이고, 처음에 악성세포들 사이에 하나의 침입자 세포를 넣었습니다. 무슨 일이 일어났는지 보세요. 그들이 다 똑같이 됐어요. 우리는 그 오른쪽에 있는 세포들을 쥐에 주입시켰어요 아무 것도 종양을 만들지 않았어요, 그러나 다른 세포 것들을 넣었더니 결과는 100퍼센트 종양이 생겼죠.
이것은 암에 대한 새로운 생각이자, 희망적인 생각이에요. 우리는 이러한 수준에서 암에 대한 것들을 다룰 수 있어야하고, 이 결론들은 성장과 악성적인 행동은 세포 조직 수준에 제한된다는 것을 말합니다. 그리고 세포 조직은 세포외기질과 미세 환경에 의존적입니다. 즉, 이렇게 해서 형태와 기능은 역동적으로 상호작용하는 것입니다. 그러면 여기서 다시 5 초만 쉬어가보죠. 형태와 기능이죠.
그리고 물론, 우리가 지금 어디로 가고 있는지 의문을 갖죠. 이런 식의 사고 방법을 임상에 적용하고 싶습니다. 그렇게 하기 전에, 저는 여러분들이 앉아있는 시간 동안 70조의 세포에서 세포외 기질이 핵한테 신호를 보내고 있고, 반대로 핵은 세포외 기질한테 신호를 보내고 있다는 것을 유념하시기 바랍니다. 그런 원리로 신체 균형이 유지되고 복구되는 것이지요.
우리는 많은 발견을 이룩해 왔어요. 우리는 세포외 기질이 염색체에 신호를 보낸다는 것을 밝혀냈어요. 또, 우리는 유선의 특정 유전자들에 있는 약간의 DNA가 실제로는 세포외 기질에 반응한다는 것도 밝혀냈어요. 이렇게 하는데 많은 시간이 걸렸지만 매우 성공적이었습니다.
다음 슬라이드로 넘기기 전에, 저는 더 많은 발견이 이루어질 것이라고 말하고 싶습니다. 우리가 모르는 미스테리들이 많이 남아있어요. 그래서 저는 학생들과 포스트 닥터 과정중인 학생한테 자만은 호기심을 죽이기 때문에 자만해지지 말라고 항상 말해요. 호기심과 열정. 여러분들은 무엇을 더 찾을수 있을지 항상 생각하셔야됩니다. 아마 제 발견에 더 덧붙여야 될 것이나 변경되야 할 것도 생각해봐야겠죠.
우리는 이제 놀라운 발견을 했습니다. 제 연구실에 있는 물리학 포스트 닥터 과정생이 저에게 물었어요. 세포를 넣으면 이 세포들이 무엇을 하죠? 세포가 뭔가를 한다면 초기에는 무엇을 하죠? 저는 모른다고 했어요. 우리는 그들을 볼 수 없으니까요. 옛날에는 확대된 이미지들이 없었어요. 그래서 영상 전문가이자 물리학자인 그녀는 놀라운 일을 해냈어요. 이것은 삼차원으로 표현된 인간의 유방세포에요. 보세요. 세포는 계속 움직이고 있어요. 그 움직임에 일관성이 있고요. 거기에, 암 세포를 넣자, 여기저리로 퍼져나가거나 그들은 이런 건 하고, 또 그들은 이런 것은 하지 않습니다. 우리가 암세포를 복구시킬 때도, 세포는 다시 이렇게 하고 있어요. 정말 저를 놀라게 했어요. 그러니까 세포가 배아처럼 움직이는 거에요.굉장히 재밌는 거에요. <--- 이부분이 세포가 회전하는 영상.
저는 제 강연을 시 한편으로 마무리 지으려합니다. 저는 영문학을 좋아 했고 대학시절때 토론을 했었죠. 어느 것을 내가 해야할지를 두고요. 불행인지 다행인지, 화학이 이겼답니다. 아무튼 여기 예이츠의 시가 있는데 제가 마지막 두 줄을 읊겠습니다. "학교 아이들 사이에서" 라는 시입니다. "음악에 흔들리는 몸이여/반짝이는 시선이여/ 어떻게 우리가 무용수와 춤을 구분할 수 있겠는가?" 여기 머스 커닝햄인데, 제가 더 어렸을 때 그와 춤을 추게 되서 운이 참 좋았어요. 그는 무용수고, 그가 춤을 추는 동안, 그는 무용수이자 춤이에요. 그가 멈출때면, 아무 것도 없습니다. 형태와 기능같은 거에요.
제 그룹의 현재 사진을 보여드릴게요. 저한테 이렇게 훌륭한 학생들과 저게 많은 가르침을 주었던 포스트 닥터 과정에 있는 사람들, 그리고 그룹들 중 많은 사람들과 함께 있어 운이 좋았습니다. 그들은 미래고 저는 그들에게 고양이가 되는 것과 "다른 생각 말아라"라는 말을 듣는 것을 두려워 하지 말라고 합니다.
저는 이 얘기를 하고 강연을 마칠까합니다. 왼쪽 사진은 나사 위성으로 찍은 건데 물이 해변가로 흘러드는 것입니다. 오른쪽 사진은 산호입니다. 만약 당신이 유선을 가지고 이것을 퍼뜨린 다음 지방을 빼내면, 접시위에서는 이렇게 보입니다. 그들은 똑같이 보입니까? 그들은 같은 패턴을 가졌나요? 왜 자연은 그런 것을 끊임없이 할까?
저는 여러분들에게 우리는 유전자 게놈을 분석했고, 유전자의 서열에 대한 모든 것을 알고 있어요. 우리는 유전자의 연속체와 유전자의 언어와 유전자의 알파벳에 대해서도 모든 것을 알고 있습니다. 하지만 우리는 언어와 알파벳 구조에 대해 아는 게 전혀 없습니다. 결국, 이것은 멋진 새로운 시각이고, 발견한다는 것은 젊은이와 저같이 열정적인 노인한테 훌륭한 일입니다.
그러니까 힘차게 하세요!
(박수)
세포외기질_위키백과
생물학에서 세포외기질(extracellular matrix)은 주로 동물의 구조적 지지등을 담당하는 조직이다. 세포외기질은 동물의 결합 조직에 속한다.
세포외기질은 세포 사이의 기질과 기저막으로 구성된다. 세포 사이의 기질은 여러 세포들 사이의 공간을 채우는 기질이다. 다당류로 이루어진 겔과 단백질 섬유가 세포 사이에 채워져 있어 세포외기질의 완충 작용을 돕는다. 기저막은 얇은 종이처럼 구성되어 있으며, 그 위에 상피조직이 위치한다.