인간의 난자 세포가 수십 년 동안 지속되는 방법 : 창조 설계-인간 [한국창조과학회 자료실]

인간의 난자 세포가 수십 년 동안 지속되는 방법

미디어위원회

창조설계-사람

2024-11-22

인간의 난자 세포가 수십 년 동안 지속되는 방법

(How Human Egg Cells Last Decades)

by Jerry Bergman, PhD

인간의 난자가 40년 이상 지속된다는 사실로 과학자들을 당황하고 있었다. 새로운 연구는 그 이유를 알아냈다.

들어가며

나는 창조론자와 진화론자들 모두로부터, 생물학을 공부하는데 있어서 가장 큰 매력은 모든 생물들의 경이로운 설계에 대해 배우는 것이라는 말을 자주 듣는다. 가장 큰 차이점은 창조론자는 그 설계가 지적설계자의 천재성 때문이라고 믿는 반면, 진화론자는 그 설계가 무작위적인 자연적 과정 때문이라고 믿는다는 것이다. 진화는 돌연변이(mutations)라고 불리는 유전체의 손상으로부터 시작되어, 자연선택에 의해 선발됨으로서 유전적 다양성이 생겨났다는 것이다. 시간이 지나면서, 그들은 발전이 더해졌다고 가정한다. 그리고 오랜 시간이 지난 후, 인간을 포함한 모든 생물들이 생겨났다는 것이다.

새로운 연구 분야 중 하나는, 여성의 난자(ova, 단수는 ovum)를 제외하고, 대부분 인체 세포들은 왜 짧은 수명을 갖고 있는지 그 이유에 관한 것이다. 성숙하기 전의 난자는 난모세포(oocyte)라고 한다.

여성의 난자는 어떻게 40년 동안 지속될 수 있을까?

여성은 평생 가질 수 있는 모든 난자들을 갖고 태어난다. 여성의 몸에서, 40년이 지난 후에도 이 난자들의 대부분은 여전히 생존 가능하다.[1] 반면, 정자(sperm)라고 하는 남성의 생식세포는 성인 남성에게서 끊임없이 새로 생성되어야 한다. 사정된 정자는 여성의 생식기관 내에서도 며칠 동안만 생존한다. 정자 세포가 살아있다면 수정이 가능한데, 수명은 보통 최대 5일이다. 정자를 냉동하면 수십 년 동안 보존할 수 있지만, 실온에서는 며칠만 생존하는 것이 정상이다. 이로 인해 해부학자들이 의아해하는 의문이 생긴다. 정자 세포는 약 5일 동안만 생존할 수 있는데, 난자는 어떻게 40년 동안 생존할 수 있을까?

세포들의 대체 과정

우리 세포의 대부분은 끊임없이 분열하고, 성장하고, 죽는다. 이 과정은 너무 광범위해서 인간은 7년 후에는 새로운 몸을 갖게 된다고 한다. 인체는 7~10년마다 많은 세포들을 교체한다. 예외가 있다. 심장, 눈, 대뇌 피질의 신경세포는 모두 출생부터 사망까지 대체로 그대로 유지되는 구조이다. 대부분의 일상적인 세포 교체는 피부, 뼈, 간, 위, 장에서 발생한다. 3,300억 개 이상의 세포(우리 신체 세포의 약 1%)가 매일 교체된다. 소화관(gut) 세포들과 같은 세포는 일주일 안에 재생된다.[2] 수명의 이 엄청난 차이는 PNAS 지(2024. 10. 23)에 스잘린스키(Szalinski) 등이 발표한 논문에서 검토한 연구의 주제였다.

대부분의 신체 단백질들은 몇 시간 또는 며칠 내에 분해되지만, 장수 단백질(long-lived proteins)이라는 적절한 이름이 붙은 일부 단백질 유형은 몇 달 또는 몇 년 동안 지속될 수 있다.[3] 장수 단백질은 느리게 교체되거나, 또는 전혀 교체되지 않는 단백질을 일컫는 용어이다. 예로는 엘라스틴(elastin)과 콜라겐(collagen)을 포함하여, 눈 수정체의 크리스탈린 단백질(crystalline proteins)과 같은 특수한 비분할 세포(nondividing cells) 내의 단백질들을 들 수 있다. 이 명칭은 단백질의 수명만을 말해주고 있으며, 특별한 설계는 다뤄지지 않고 있다. 단백질의 수명에는 여러 요인들이 관련된다.[i] 다시 말해, 단백질의 수명은 단백질의 내부 및 외부의 여러 요인들에 기인하며, 연구자들은 이 주제를 이제 막 이해하기 시작했다.

[i] Truscott, R. (Editor) Long-Lived Cells and Long-Lived Proteins in the Human Body. New York: Wiley.

노화(aging)는 부분적으로 우리 몸의 단백질들이 불완전하게 대체된 결과이다. 반면에 여성은 평생 가질 수 있는 모든 난자들을 갖고 태어나고, 몸속에서 오랜 세월이 지난 후에도, 이 난자는 수정되면 새로운 생명체를 만들어낼 수 있다. 새로운 연구는 이 난자가 어떻게, 그리고 왜, 그렇게 오래 살아남는지에 대한 질문에 답하려는 시도였다.

연구

스잘린스키 등이 사용한 연구 방법론은 임신한 쥐에게 사료를 공급하면서, 거기에 다음이 추가된 것을 사용했다.

아미노산 리신(lysine)의 변형된 버전. 이 버전은 암컷 배아에서 만들어진 모든 단백질들 안으로 통합될 무거운 형태의 탄소를 갖고 있다. 연구팀은 출생 후에 새끼에게 정상적인 리신만을 먹임으로써, 성인 쥐의 어떤 단백질이 출생 전에 만들어졌고, 어떤 단백질이 출생 후에 만들어졌는지 알아낼 수 있었다. 연구자들은 수천 개의 난모세포들을 살펴본 결과, 출생 전에 난모세포에서 만들어진 단백질의 약 10%가 생쥐가 가장 번식력이 왕성한 시기인 생후 8주차에도 여전히 존재한다는 것을 발견했다.[4]

단백질 교체를 더 잘 이해하기 위해서,

또한 연구자들은 마우스 난모세포의 단백질들을 최대 65주까지 추적했다. 이는 마우스의 폐경 전기를 훨씬 지난 것이다. 연구팀은 그 기간 동안 존재하는 단백질 유형의 약 10%가 비정상적으로 긴 반감기(존재하는 단백질의 반이 아미노산 구성 요소로 완전히 분해되는 데 걸리는 시간)를 갖고 있다고 계산했다. 반감기는 100일 이상이었다. 마우스 뇌의 단백질 중 1%만이 이와 유사한 지속력을 가졌다. 352개의 서로 다른 단백질들이 마우스의 거의 전체 수명 기간 동안 지속되었다.

이 연구는 장수 단백질(long-lived protein)과 비장수 단백질(non-long-lived protein)이라는 두 가지 유형의 단백질이 존재한다는 것을 입증했다. 이는 여성의 몸에서 40년이 지난 후에도 이들 난자가 수정되면 새로운 생명체를 만들 수 있는 이유를 설명해준다. 게다가, 복구(수선) 단백질들과 항산화제 역할을 하는 단백질들은 장수 세포에서 더 흔했다.

이것이 진화론에 도전하는 이유

이 발견은 생명체의 복잡성에 또 다른 차원을 더하고 있었다. 그 결과 동물의 몸은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것이 확인되었다. 이는 다음 세대가 존재하기 위해서 반드시 존재해야 하는 또 다른 복잡성을 추가하고 있는 것이다. 그렇지 않고 발달 동안 정확한 유형의 단백질이 특정 세포에 존재하지 않는다면, 자연선택은 한 세대에서 갑자기 끝나버리고 말 것이다.

.Gro-EL이라는 이름의 샤페론(chaperone) 단백질을 위에서 본 모습. <From Wikimedia Commons>.

이 연구와 다른 연구의 결과는 대부분의 다른 유형의 세포에는 존재하지 않는 특정 유형의 장수 단백질들이 난모세포에서 발견되었다는 것이다. 여기에는 세포 에너지 생산에 중요한 미토콘드리아의 장수 단백질과 세포가 구조를 유지하는데 도움이 되는 단백질들이 포함되어 있었다. 장수 세포에는 다양한 단백질들이 존재할 뿐만 아니라, 장수 단백질은 다른 세포보다 샤페론(chaperone) 세포에서 훨씬 더 흔하게 발견되었다. 샤페론이라는 단어에서 알 수 있듯이 샤페론 단백질은 단백질 합성 중 또는 후에 다른 단백질이 정확하게 접혀지도록 돕는다. 또한 부분적 변성 후 단백질이 다시 접히도록 돕고, 심지어 단백질의 펼쳐짐, 단백질의 조립 및 분해에도 관여한다.

신체가 장수 단백질을 사용하면, 또 다른 이점이 있다. 즉, 세포의 에너지 수요를 줄여, 에너지 생산에서 발생하는, 세포 손상의 원인이 되는, 활성산소(reactive oxygen species, ROS)라는 부산물의 수를 감소시킨다. 세포는 손상된 단백질과 일부 장수 단백질을 모두 처리하는 시스템이 필요하다. 이러한 집안 청소는 건강한 배아를 생산할 준비를 하는 성숙한 난모세포에서 특히 중요하다. 또한 장수 단백질은 세포를 비기능적으로 만드는 변성을 방지한다.[5] 간단히 말해서, 장수 세포는 매우 중요한 이유로 생물체가 장수하도록 특별히 설계되었다.

.샤페로닌을 사용한 단백질 접힘(protein folding) 과정의 한 예. 단백질 폴리펩타이드는 통 모양의 튜브 내부로 들어가 적절한 접힘이 용이하게 일어난다. 적절하게 접히면 방출되어, 샤페로닌을 떠난다. 다른 디자인의 샤페로닌도 있다. <From Wikimedia Commons.>

요약

우리는 이제 장수 단백질과 비장수 단백질의 두 가지 단백질 부문을 갖고 있으며, 각각 생물체에 중요한 역할을 한다. 난자 단백질들의 지속적 유지 관리와 수리는 여성의 난자들이 40년 후에도 생존할 수 있는 이유를 설명해준다. 또한 장수 단백질의 감소로 인해 번식력이 감소하는 이유도 설명될 수 있다. 이러한 특별히 설계된 단백질들이 존재하지 않았다면, 많은 생명체들도 존재할 수 없었을 것이다.

이 발견은 연구들이 진행됨에 따라, 생명체의 특별한 복잡성이 계속 증가한다는 사실을 보여준다. 복잡성 자체는 지적설계를 뒷받침하지 않는다. 화강암에 포함된 광물(장석, 석영, 운모, 각섬석 포함)들도 복잡하며, 100개의 무작위적 철자들로 이루어진 문자열도 마찬가지이다. 따라서 지적설계를 평가하는데 중요한 것은 단순한 복잡성(mere complexity)이 아니라, 특수한 복잡성(specified complexity)이다. 특수한 복잡성은 기능적 정보의 형태를 띠며, 생물학적 연구가 진행됨에 따라 증가하고 있는 것이 바로 이 특수한 복잡성이다.

References

[1] Bomba-Warczak, E.K., et al., Exceptional longevity of mammalian ovarian and oocyte macromolecules throughout the reproductive lifespan, eLife 13:RP93172, 26 September 2024.

[2] Opfer, C., and Trouter, A., Does your body really replace itself every seven years?, https://science.howstuffworks.com/life/cellular-microscopic/cell.htm, 2022.

[3] Szalinski, C., Protein research may hint at how human eggs survive for decades, PNAS 121(44):e2419809121, https://doi.org/10.1073/pnas.24198091, 23 October 2024.

[4] Szalinski, 2024.

[5] Wankhede, N.L., et al., Involvement of molecular chaperone in protein-misfolding brain diseases, Biomedicine & Pharmacotherapy 147:112647, March 2022.

*관련기사 : 난자의 근원 '난모세포'가 수십 년 동안 노화하지 않는 이유는? (2022. 7. 25. 데일리포스트)

https://www.thedailypost.kr/news/articleView.html?idxno=88322

몸 안의 '평생 가는' 단백질, 장수의 비밀 풀 수 있을까 (2021. 10. 29. 연합뉴스)

https://www.yna.co.kr/view/AKR20211029148800009

*참조 : 정자의 초고도 복잡성은 설계를 가리킨다.

https://creation.kr/LIfe/?idx=17082628&bmode=view

정자 세포에서 발견된 복잡한 설계

https://creation.kr/LIfe/?idx=17305362&bmode=view

정자에서 DNA가 포장되는 방법 : 무성생식에서 유성생식의 진화는 실패하고 있다.