타고난 면역, 선천면역 8: 병원체를 감지하는 놀라운 '톨 유전자'

톨 유전자에 이상이 생겨 병원체에게 무기력하게 당한 초파리 사진. 몸통에 곰팡이가 잔뜩 피어 있다. 최고의 학술지 ≪셀 Cell≫에 실렸다.(출처-출처자료1)

 

1985년 러시아 Russia 유전학자 크리스티안 뉘슬라인-폴하르트 Christiane Nüsslein-Volhard(1942~ ) 연구팀은 초醋파리 fruit flies의 성장에 중요한 역할을 하는 수용체 receptor를 발견했다.

그 수용체에 문제가 생기면 초파리가 정상적으로 성장하지 못해 기형적으로 자랐다.

그 모습을 본 뉘슬라인-폰하르트가 "Das ist ja toll! 야 놀랍군요!(영어 That's great!)"라고 외쳤는데, 여기서 착안해 그 수용체에 '톨 수용체 toll receptor'라는 이름이 붙었다고 한다.

생명체의 모든 단백질은 유전자 정보를 바탕으로 만들어진다.

수용체도 일종의 단백질이기 때문에 그것에 해당하는 유전자가 있다.

그래서 톨 수용체를 만드는 유전자를 '톨 유전자 Toll genes'라 부른다.

 

사실 병원체는 인간과 곤충을 가리지 않고 공격한다.

따라서 병원체의 공격에 대비해 곤충도 당연히 면역계를 가지고 있다.

초파리도 예외는 아니다.

1990년대 중반 프랑스 France 생물학자 율레스 호프만 Jules Hoffman(1941~ )은 초파리의 면역계를 연구하고 있었는데, 특정 유전자가 없는 초파리들이 병원체의 공격을 제대로 방어하지 못한다는 사실을 알게 되었다.

그리고 그 유전자가 바로 "놀랍군요"의 톨 유전자였던 것이다.

톨 유전자가 있어야 톨 수용체가 만들어지고, 톨 수용체를 통해 초파리가 병원체를 감지해 면역계를 가동시킬 수 있었던 것이다.

 

미국 USA의 찰스 제인웨이 Charles Alderson Janeway, Jr.(1943~ )와 우즈베키스탄  Uzbekistan 출신의 루슬란 메지토프 Ruslan Medzhitov(1966~ )를 비롯한 면역학자들은 곤충의 톨 수용체와 같은 역할을 하는 인간의 수용체를 찾았다.

그래서 그 수용체는 톨유사수용체 Toll-like receptors(TLRs)라고 불리게 되었다.

톨 수용체와 비슷하다는 뜻이다.

감염성이 있는 병원체를 인식하는 인간의 수용체, 즉 톨유사수용체는 이렇게 발견되었다.

이제 다음 질문을 할 차례다.

그렇다면 톨유사수용체는 수많은 미생물 가운데 감염성이 있는 것들을 어떻게 골라내는 것일까?

 

1998년 미국 의학자 브루스 보이틀러 Bruce Beutler(1957~ )는 세균의 세포벽 성분인 지질다당류 lipopolysaccharide(LPS)라는 성분을 연구하고 있었다.

그런데 보이틀러는 지질다당류를 실험용 생쥐에 주입했을 때, 그 생쥐에게서 아주 강력한 면역반응이 일어나는 것을 발견했다.

세균의 지질다당류와 쥐의 면역세포 수용체가 반응해 면역반응이 강해진 것이었다.

보이틀러는 지질다당류와 반응하는 생쥐의 수용체를 찾아냈고 그 수용체와 관련된 유전자를 분석했는데, 그 유전자와 톨유사수용체의 유전자가 거의 일치했다.

이를 통해 톨유사수용체가 세균의 세포벽 성분인 지질다당류에 반응해 면역반응을 일으켰다는 것을 확인할 수 있었다.

 

※출처

1. 김은중, '이토록 재밌는 면역 이야기'(반니, 2023)

2. 구글 관련 자료

 

2026. 8. 11 새샘