활성산소 만드는 효소 중 Nox4, 암 발생 예방할 수 있어
원래 산소 자유기, 즉 활성산소(ROS)는 인체 내에서는 오직 해로운 것으로만 여겨졌다. 활성산소는 예를 들면 흡연이나 자외선으로 발생한다. 반응성이 강하기 때문에 활성산소는 - 유전 분자인 DNA를 포함한 - 세포 내의 중요한 많은 분자를 손상시킬 수 있다. 그 결과 영향을 받은 세포들은 염증반응을 일으키고 암 세포로 타락할 위험이 있다.

그러나 그런 파괴적인 영향을 발휘하기 때문에 인체는 고의로 활성산소를 만들어내기도 한다. 면역세포나 폐 상피세포는 활성산소를 만들어서 침입하는 박테리아와 바이러스를 파괴한다. 이때는 비교적 높은 농도의 활성산소를 필요로 한다. 다른 한편으로 낮은 농도에서는 활성산소가 신호전달 분자로 중요한 역할을 수행한다.

이와 같은 임무들을 수행하기 위해서 활성산소는 완전한 효소 집단에 의해 엄밀하게 만들어진다. 효소 집단의 대표적인 한 가지로 Nox4가 있는데 이 효소는 소량의 과산화수소(H2O2)를 끊임없이 만들어낸다. Nox4는 인체의 거의 모든 세포에서 발견되며, Nox4가 생산하는 과산화수소는 많은 전문화된 신호전달 기능을 유지해서, 예를 들면 염증반응을 억제하는데 기여한다.

프랑크푸르트의 괴테 대학교의 카트린 수뢰더 교수가 주도한 연구진은 이제 Nox4가 과산화수소를 생산해서 심지어 암의 발생을 예방할 수 있는 것을 발견했다.

연구진은 먼저 유전자 변형으로 Nox4를 생산할 수 없는 생쥐를 조사해보았다. 이들 생쥐는 발암성 환경 독소에 노출되면 종양이 생길 가능성이 두 배가 되었다. 생쥐는 피부 육종이나 대장암 같은 아주 상이한 유형의 종양을 앓을 수 있기 때문에 연구진은 Nox4가 세포 건강에 근본적인 영향을 미치는 것으로 의심했다.

소량의 과산화수소, 세포 내부 균형 유지 세포 타락 막아
분자 연구는 Nox4가 만들어내는 과산화수소가 연쇄반응을 일으켜 특정한, 중요한 신호 단백질(포스파타제 효소)들이 세포핵으로 들어가는 것을 막는 것을 보여주었다. 만약 Nox4가 없고 그 결과로 과산화수소가 없다면, 이 신호 단백질들은 세포핵 속으로 들어가고 그로 인해 심한 DNA 손상이 전혀 인식되지 않게 된다.

이중 사슬 손상 같은 심한 DNA 손상은 인체 내의 어딘가에서 매일 발생한다. 세포는 그런 DNA 손상에 아주 민감하게 반응해서 수리 효소를 모두 다 총동원한다. 만약 도움이 되지 않으면 세포는 암에 대한 인체의 사전예방 조치인 세포 사멸 프로그램을 활성화한다. Nox4가 없을 때 생기는 것처럼 손상이 인식되지 않으면, 그것이 암 발생을 자극한다.

카트린 슈뢰더 교수는 연구 결과를 다음과 같이 설명했다. “만약 Nox4가 없고 그래서 과산화수소도 없다면 세포들은 더 이상 DNA 손상을 인식하지 못한다. 돌연변이가 축적되고 손상된 세포들이 계속해서 증식한다. 만약 DNA를 크게 손상시키는 환경 독소가 1개 추가되면 손상이 더 이상 인식되지 않고 수리되지도 않는다.”

그는 이어 “이렇게 영향을 받은 세포들은 제거가 되지도 않지만 증식은 하고 때로는 아주 빠르게 통제 불능으로 증식하고, 결국은 종양이 생기게 된다. 따라서 소량의 과산화수소가 세포의 내부 균형을 유지해서 세포가 타락하는 것을 막아준다.”라고 전했다.

참조:
V. Helfinger et al., "Genetic deletion of Nox4 enhances cancerogen-induced formation of solid tumors" Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Mar 16;118(11):e2020152118. doi: 10.1073/pnas.2020152118.