땅 속에서 겨울잠을 자는 다람쥐의 모습. [사진=유튜브 화면캡처]

추운 한겨울 자그마한 덩치의 다람쥐가 땅속에서 겨울잠을 자면서 버틸 수 있는 비결은 무엇일까요? 사람의 경우 추운 곳에 오래 노출되면 세포가 파괴돼 사망에 이르게 되는데 사람보다 훨씬 덩치가 작은 다람쥐는 긴 동면기간 동안 추위와 대사성 스트레스에 어떻게 적응해 살아남는 것일까요?

미국 국립보건원 산하 국립안연구소 연구팀이 유도줄기세포(iPSCS)와 열세줄땅다람쥐를 통해 실험한 결과, 열세줄땅다람쥐의 경우 세포 내 활성산소 생성 비율이 낮아 동면을 할 수 있도록 세포 내 골격을 유지시켜 주는 것으로 밝혀졌습니다.

동물의 세포 기관 중 미세소관 세포골격은 추위에 취약한 것으로 알려져 있습니다. 미세소관은 세포 내의 작은 튜브로 구성돼 세포의 생존을 위해 필수적인 세포 기관과 분자를 운반하는 역할을 합니다.

연구팀이 비동면 동물의 세포와 열세줄땅다람쥐의 세포가 추위에 반응하는 차이를 비교분석한 결과, 추위에 노출됐을 때 열세줄땅다람쥐의 미세소관 세포골격은 온전했지만, 사람과 비동면동물의 뉴런은 상태가 악화됐습니다.

연구팀은 추위에 노출된 열세줄땅다람쥐의 유도줄기세포와 인간 세포의 유전자를 비교합니다. 추위에 노출된 세포는 세포 기관인 미토콘드리아 반응에서 뚜렷한 차이를 나타냅니다. 추위에 노출된 사람의 유도줄기세포는 활성산소를 과잉 생산하면서 미세소관을 따라 단백질이 산화돼 미세소관 구조가 파괴됐습니다.

함께 잠든 다람쥐 가족의 모습. [사진=유튜브 화면캡처]

그러나 열세줄땅다람쥐의 활성산소 수준은 상대적으로 낮게 유지돼 미세소관이 손상되지 않았습니다. 다시 말하면, 혈관이 얼지 않고 계속해서 세포 속으로 영양분이 제공된다는 것이지요. 추위에 노출되면 인간은 단백질 품질관리 시스템을 통해 독성 산화 단백질을 처분하는 줄기 세포 유래 신경세포의 기능을 방해했습니다.

정상 상태에서 세포 내 기관인 리소좀은 산화된 단백질을 포위해 프로테아제라 불리는 효소를 통해 소화시키지만, 추위에 노출된 인간 뉴런에서는 프로테아제가 리소좀에서 누출돼 인근의 미세소관을 소화시켜 버린다는 것이 밝혀진 것입니다.

연구팀 관계자는 "이번 연구를 통해 추위로 인한 세포 손상이라는 잠재적 위험에 대비할 수 있을 전망"이라면서 "장래에 저체온증의 적용을 향상시키고, 장기 이식 전에 장기의 생존력도 연장할 수 있을 것"이라고 기대했습니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr