2018년 6월 29일, 스웨덴의 약리학자•도파민 연구로 노벨생리학·의학상 수상한 아르비드 칼손 (Arvid Carlsson, 1923 ~ 2018) 별세
아르비드 칼손 (스: Arvid Carlsson, 1923년 1월 25일 ~ 2018년 6월 29일)은 스웨덴의 약리학자이다. 2000년에 신경계의 신호 전달에 대한 발견으로 폴 그린가드, 에릭 캔들과 함께 노벨 생리학·의학상을 수상했다.
– 아르비드 칼손 (Arvid Carlsso)
.출생: 1923년 1월 25일, 스웨덴 웁살라
.사망: 2018년 6월 29일(95세)
.국적: 스웨덴
.분야: 약리학
.출신 대학: 룬드 대학교
.주요 업적: 도파민
.수상: 울프상 의학 부문(1979년), 가드너 국제상(1982년), 일본국제상(1994년), 노벨 생리학·의학상(2000년)
아르비드 칼손 (Arvid Carlsson, 1923 ~ 2018)은 스웨덴의 약리학자이자 신경정신학자이다.
1951년에 룬드 대학교에서 의학 박사학위를 취득하였으며 교수를 역임했다.
○ 생애 및 활동
아르비드 칼손 (Arvid Carlsson)은 스웨덴의 약리학자이자 신경정신학자로 1923년 1월 25일, 스웨덴 웁살라에서 출생했다.
1951년에 룬드 대학교에서 의학 박사학위를 취득하였으며, 동 대학교에서 조교수가 되었다.
1956년에 부교수가 되었으며, 1959년에 괴텐베르크 대학교 약리학 정교수가 되어 1989년까지 재직하였다.
1959년부터 1976년까지 학과장을 지냈다.
1989년부터는 동 대학교 명예교수를 지냈다.
파킨슨씨병의 원인이 시냅시스에서 도파민이 방출되지 않는 것에 있음을 밝혀냈으며, 시냅시스의 기능 상실을 L-도파로써 보완할 수 있음을 밝혀냈다.
- 수상 경력
1979년 : 울프상 의학 부문
1982년 : 가드너 국제상
1994년 : 일본국제상
2000년 : 노벨 생리학·의학상
○ 업적 : 도파민 (dopamine) 연구
도파민은 영국, 런던의 Wellcome 연구소에서 George Barger와 James Ewens에 의해 1910년에 합성되었다. 모노아민이기 때문에 도파민이라 불리게 되었다. 전구물질은 Barger – Ewens 합성에서 3,4 – dihydroxyphenylalanine (levo-dopamine 또는 L-DOPA)이다. 신경 전달 물질로서 도파민의 기능은 처음 1958년 칼손 (Arvid Carlsson)과 Nils-Åke Hillarp에 의해 스웨덴의 국립 심장 연구소의 화학 약리학 연구소에서 인식되었다. 칼손 (Carlsson)은 노르에피네프린과 에피네프린의 전구물질 뿐 아니라 신경전달물질로서의 도파민의 기능을 보여줌으로써 2000년 노벨상을 수상했다.
도파민 (dopamine 또는 3,4-dihydroxyphenethylamine, C8H11NO2)은 카테콜아민 계열의 유기 화합물로, 다양한 동물들의 중추 신경계에서 발견되는 호르몬이나 신경전달물질이다. 뇌신경 세포들간에 어떠한 신호를 전달하기 위해 분비되는 신경전달물질 중에 하나로, 뇌에서 신경전달물질로써 다섯 가지로 알려진 도파민 수용체 – D1, D2, D3, D4, D5 – 그리고 그들의 변종을 활성화한다. 도파민은 흑색질 (substantia nigra)과 척추 피개부를 포함한 뇌의 여러 영역에서 생산된다. 도파민은 또한 시상 하부에 의해 분비되는 신경호르몬이다. 호르몬으로써의 주요 기능은 뇌하수체의 전엽에서 프로락틴의 분비를 억제하는 것이다. 도파민은 심장 박동수와 혈압을 증가시키는 효과를 나타내어 교감신경계에 작용하는 정맥주사 약물로서 사용할 수 있다. 그러나, 도파민은 뇌혈관장벽을 통과할 수 없기 때문에 직접적으로 중추신경계에 영향을 줄 수 없다. 그러나 종종 파킨슨병과 도파-반응 근육긴장이상과 같은 질병의 환자에게 있어 도파민의 양을 증가시키는 것을 볼 수 있는데, 이것은 L-DOPA(도파민의 전구물질)를 이용한 것으로, L-DOPA는 혈액-뇌 장벽을 쉽게 통과하기 때문이다. 도파민 분비 조절에 이상이 발생하면 사람에게 다양한 질환이 발생한다. 도파민의 분비가 줄어들거나 재흡수 되어 부족할 경우 우울증을 일으키는 경우가 대부분이며, 우울증이 만성화되는 경우 조현병 (schizophrenia)의 증상도 같이 나타나기도 한다. 또한, 도파민을 생성하는 신경세포가 손상되면 운동장애를 일으켜 파킨슨병 (Parkinson’s disease)을 유발한다. 즉 기질적 (유전적 약함) 원인과 심한 스트레스 (외상후 스트레스 장애 등)를 겪게 되는 경우처럼 취약성-스트레스 모델로 제시되는바와 같이 도파민을 분비 조절하는 세포가 약화되거나 기능 부전이 되는 것으로 알려져있다. 흡연으로 인해 흡수되는 니코틴은 도파민을 활성화시켜서 쾌감같은 특정 지각을 느끼게 해준다. 이러한 맥락은 마약을 통해 느끼는 환각이나 망각, 쾌락 등도 도파민의 분비를 촉진 및 활성화시켜서 얻게 되는 것으로 이해된다. 우울증의 치료법은 도파민의 분비가 증대되도록 하는 성분의 약 (NDRI등)으로 치료한다. 시중에 나온 약 중에 웰부트린정 (부프로피온)이 치료 효과가 좋다. 동시에 금연효과도 있다. 담배 같은 마약성 식품을 섭취하는 이유도 도파민 부족으로 인한 것이므로 이해가 어렵지 않다. 우울증이나 파키슨병의 치료에 뇌심부자극술을 쓰기도 하는데 치료 효과는 좋은편이나 (중증의 환자에게는) 수술을 해야하므로 비침습적인 치료가 요구된다. 최근에는 비침습적인 뇌심부자극기가 개발되어 치료 방법이 늘고 있다.
2000년 노벨 생리의학상은 “신경계의 신호전달에 대한 발견”으로 아르비드 칼손, 폴 그린가드, 에릭 캔들에게 공동 수여되었다.
○ 2000년 노벨 생리의학상 수상 추천문
전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 생리•의학상을 수상하는 연구 주제는 이 우주에서 가장 복잡한 구조라고 알고 있는 인체의 뇌에 대한 것입니다. 인체의 뇌는 약 천억 개의 신경세포로 이루어져 있으며, 이 숫자는 이 지구상에 존재해 왔던 인류의 숫자와 비슷합니다.
요즘 우리는 3,500만 인터넷 사용자가 의사소통을 할 수 있는 ‘인터넷 혁명’에 대해 이야기하곤 합니다. 이는 바로 우리 모두의 몸 안에 존재하는 신경세포들과 비교할 수 있습니다. 즉 천억 개의 신경세포들이 끊임없이 서로 의사소통을 하고 있다는 것입니다.
‘신경계의 신호전달’이 바로 올해 노벨상의 주제입니다. 한 개의 신경 세포는 수천 개의 시냅시스로 다른 세포와 연결됩니다. 이 시냅시스 안에서 신경세포들은 화학적으로 의사소통을 합니다. 즉 한 개의 세포는 한 개의 신경전달물질을 방출하며 이것이 다른 세포에 전달되면서 의사소통이 이루어지는 것입니다.
아르비드 칼손 교수님은 도파민이 바로 이런 역할을 하는 신경전달물질이라는 것을 입증하였습니다. 지금까지 도파민은 다른 신경전달물질들의 전구체로만 알려져 있었습니다. 그러나 칼손 교수님은 도파민이 뇌의 특정 부위에 존재하며, 이 물질 자체가 신경전달물질로서 고유 기능이 있음을 발견하였습니다.
그후 그는 레세르핀이라는 천연물질이 신경세포로부터 생성되는 도파민을 고갈시키면 동물이 운동신경을 잃어버린다는 사실을 발견하였습니다. 그리고 도파민의 전구체인 L―도파를 공급하면 고갈되었던 도파민의 양이 회복될 것이라고 생각했습니다. 실제로 운동신경을 상실한 동물은 L―도파를 투여 받은 후 운동능력을 회복할 수 있었습니다. 레세르핀이 도파민을 고갈시키면 그 동물은 몸이 경직되면서 주위 환경으로부터 받는 자극에 반응할 수 없게 됩니다. 이것이 바로 파킨슨병의 증상입니다. 이런 증상을 보이는 동물에게 L―도파를 투여하자 동물의 뇌는 다시 도파민을 생성하였습니다. 이후로 L―도파를 파킨슨병의 치료법으로 사용하게 되었고 이 치료방법은 수백만 환자들에게 정상적인 삶을 선물해 주었습니다.
폴 그린가드 교수님은 도파민뿐만 아니라 그 외의 여러 신경전달물질들이 신경세포를 자극함으로써 일어나는 현상을 연구하였습니다. 세포표면 수용체들은 세포벽에 존재하는 효소들을 활성화시키고, 이로써 제2차 전달자들을 생성합니다. 그리고 이 전달자들은 세포 안을 돌아다니며 단백질 인산화효소를 활성화시킵니다. 활성화된 인산화효소는 다시 다른 단백질에 인산그룹을 붙여 주고, 이로 인해 그 단백질의 기능은 변하게 됩니다. 예를 들면 이와 같은 과정을 통해 세포막에 존재하는 이온 채널이 열리고, 세포의 전기적인 활성 또한 변하게 되는 것입니다.
그린가드 교수님은 DARPP―32라고 불리는 조절 단백질이 도파민과 다른 신경전달물질들에 많은 영향을 준다는 것을 밝혀냈습니다. 즉 이 단백질이 마치 오케스트라의 지휘자와 같은 역할을 함으로써 다른 단백질들이 언제 어떻게 활성화되어야 하는가를 지시합니다.
이와 같은 이른바 ‘느린 시냅스의 신경전달’은 우리들의 움직임과 더불어, 뇌에서 감정을 이끌어 내는 과정, 또는 코카인, 암페타민, 헤로인과 같은 중독성 마약에 대한 반응들을 조절합니다. 에릭 캔들 교수님은 아르비드 칼손 교수님이 연구했던 것과 동일한 신경전달물질이, 폴 그린가드 교수님이 규명한 단백질 효소의 인산화 과정을 통해 기억이 형성되는 과정, 즉 고도로 발달된 신경계의 기능에 관여하고 있음을 밝혀냈습니다. 천억 개의 신경세포로 이루어진 뇌에서의 기억 형성 과정을 연구하는 것이 얼마나 어려울까요? 그리고 이것이 과연 가능하기나 한 것일까요? 에릭 캔들 교수님은 20,000여 개의 신경세포로 이루어진 민달팽이류에 속하는 아플리시아라는 단순한 모델 시스템을 선택하여 가장 고전적인 방법으로 실험하였습니다. 그는 미개한 동물일지라도 살아남기 위해서는 반드시 학습 과정이 필요하다는 확신을 갖고 있었습니다. 아플리시아는 자신의 아가미를 보호하기 위해 수축 반응을 합니다. 만일 이 동물을 지속적으로 자극하면 그들의 반응은 점점 무뎌질 것입니다. 이것은 마치 인체가 예상치 않은 자극에 반응하는 것과 같습니다. 그와 반대로, 만일 그 자극이 강제적이라면 반사 작용은 증폭되고 점점 더 강해질 것입니다. 습관 작용이나 증폭 작용의 효과는 단 몇 분 동안만 지속됩니다. 이를 두고 사람들은 아플리시아가 단기 기억을 보인다고 말할 수 있을 것입니다. 하지만 자극이 강제적이고 지속적으로 반복된다면, 과민반응 상태가 몇 주 동안이나 지속되는데, 이는 아플리시아가 장기 기억을 형성한다는 것을 의미합니다. 캔들 교수님은 자극으로 인한 시냅시스, 즉 신경세포 간의 연결 접점에서 일어나는 변화가 습관을 만든다고 생각했습니다. 습관적인 작용이 일어나는 동안, 생성되는 신경전달물질의 양은 갈수록 점점 더 적어집니다. 장기 기억을 형성하는 강제적인 자극은 이와는 전혀 다르게 작용합니다. 이것으로 생성된 이차 전달자들은 단백질 인산화 효소들을 활성화시키고, 이들은 핵 내로 이동하여 새로운 단백질들을 생성하기 시작합니다. 결과적으로 시냅시스의 형태나 기능이 변화합니다. 따라서 우리가 말하는 기억 작용은 신경세포들을 연결하는 수십억 개 시냅시스들에서 직접 일어나는 변화에서 비롯된 것입니다. 우리들은 오늘의 노벨상 시상식을 앞으로도 몇 년간 기억할 것입니다. 우리가 이것을 기억할 수 있는 것도 아르비드 칼손 교수님이 발견하신 도파민이 뇌의 반응을 조절하고 있기 때문이며, 폴 그린가드 교수님이 규명한 것처럼 제2차 전달물질이 신경세포 내로 신호를 전달하고, 에릭 캔들 교수님이 밝힌 것처럼 시냅시스의 형태 및 기능이 변화하기 때문입니다. 존경하는 아르비드 칼손 교수님, 폴 그린가드 교수님, 그리고 에릭 캔들 교수님. ‘신경계의 신호전달’에 관한 여러분의 발견은 우리가 뇌의 기능을 보다 잘 이해할 수 있도록 해주었습니다. 아르비드 칼손 교수님의 연구는 파킨슨병의 원인이 시냅시스에서 도파민이 방출되지 않는 것임을 알려 주었습니다. 이와 더불어 시냅시스의 기능 상실을 L―도파라는 작은 물질로써 보완할 수 있음도 알게 해주었습니다. 즉 텅 빈 도파민 저장소를 L―`도파에 의해 다시 채울 수 있게 된 것입니다. 이는 수백만 인류의 삶을 질적으로 향상시켜 주었습니다.
폴 그린가드 교수님의 연구는 이런 일들이 일어나는 과정을 상세히 알려 주었습니다. 따라서 우리는 제2차 전달자들이 단백질 인산화 효소를 활성화시키는 과정, 이로 인해 변화되는 세포반응에 대해서 알게 되었습니다. 그리고 여러 신경전달물질이 신경세포에 전달되는 과정에서 인산화 작용이 얼마나 중요한지도 깨닫게 되었습니다.
끝으로, 에릭 캔들 교수님은 신경전달물질들이 제2차 전달자 및 단백질을 인산화시킴으로써 우리의 존재 능력과 상호작용 능력의 근간이 되는 단기 기억 및 장기 기억을 형성한다는 것을 입증하였습니다.
카롤린스카 연구소 노벨 위원회를 대표하여 이 세 분께 따뜻한 축하의 말씀을 전합니다. 세 분은 이제 앞으로 나오셔서 국왕 전하로부터 올해의 노벨 생리•의학상을 받으시기 바랍니다. _ 카롤린스카 연구소 노벨 생리•의학위원회 우르반 언저스테트
○ 2000년 올해의 노벨의학상
2000년 올해 노벨의학상은 뇌기능을 이해하는데 중요한 단서를 제공한 스웨덴의 아르비드 칼손과 미국의 폴 그린가드, 에릭 캔들 교수에게 돌아갔다.
이들의 업적은 인체에서 가장 복잡한 신경세포가 어떻게 작용하는지를 단계별로 밝혀내 파킨슨씨병 등 뇌신경질환 치료에 토대를 마련했다는 것이다. 스웨덴 카롤린스카 노벨상선정위원회는 9일 “신경세포간 신호변환 과정을 체계적으로 밝혀내는 선도적인 연구로 신약개발에도 기여했다”며 선정이유를 밝혔다.
뇌에는 수천억개의 신경세포(뉴런)가 존재하며 서로 복잡한 신경망으로 구성됐다. 이들 1개의 신경세포는 수천개의 다른 신경세포와 신호를 주고 받는 ‘시냅스’란 연결을 통해 학습 기억 등 지적 능력을 발휘한다. 그런데 이를 담당하는 물질이 도파민 등 신경전달물질이다.
아르비드 칼손 교수는 이 도파민이 인체 운동을 통제하는 뇌신경 전달물질이란 사실을 발견했으며 파킨슨씨병이 도파민 부족으로 유발된다는 것을 처음 발견했다. 그는 이외에도 정신분열증·우울증·자폐증 등 각종 신경정신질환의 경우 신경전달물질이 너무 많거나 적어 발생하는다는 것을 발견했으며 이들 질환의 치료제 개발에도 큰 기여를 했다는 평가를 받았다.
폴 그린가드 교수는 도파민과 다른 수많은 신경전달물질이 신경계내에서 어떻게 작용하는지 밝혀냄으로써 의약품의 효능을 이해하는데 도움을 줬다. 또한 캔들은 해삼의 신경계를 모델로 뇌세포내에 장·단기 기억을 형성하는 과정을 규명했다. 즉 단기 기억은 단백질의 인산화가 주요 기능을 하며 장기 기억에는 단백질 합성과정이 필요하다는 것이다.
이들의 업적을 통해 뇌신경계 질환의 원인을 단계별로 밝힐 수 있게 됐으며 신경계질환들을 치료하는 약물개발에 초석이 마련됐다고 평가했다.
참고 = 위키백과, 노벨상위원회
크리스천라이프 편집부