[표지로 읽는 과학] 정자가 목표 잃은 채 빙빙 도는 원인 찾았다

사이언스 제공

국제학술지 ‘사이언스’는 8일 원을 그리며 헤엄치는 정자의 모습을 표지에 실었다. 정자는 수정을 위해 난자가 있는 방향으로 꼬리를 흔들며 일직선으로 헤엄쳐 나가야 한다. 운동기관인 편모의 정확한 움직임을 이용해 앞으로 나아간다. 이 편모에 이상이 생기면 방향을 잃게 되고 불임의 원인으로 이어질 수도 있다.

카르스텐 얀케 프랑스 퀴리연구소 연구원과 가이아 피지노 독일 막스플랑크연구소 분자세포생물학 및 유전학연구소 연구원, 루이스 알바레즈 유럽고등연구센터 연구원 등 국제공동연구팀은 편모를 구성하는 단백질에 글리실화 변형이 일어나지 않으면 편모 움직임에 문제를 일으키는 것을 발견했다고 사이언스에 이날 소개했다.

정자의 편모는 세포를 구성하는 주요 단백질 중 하나인 튜불린이 길게 이어진 미세소관으로 구성된다. 미세소관은 세포의 골격을 유지하고 세포 분열을 돕는 등 다양한 역할을 한다. 다른 역할 중 하나는 모터 단백질인 다이닌과 결합해 편모의 움직임을 만드는 것이다. 미세소관에 다이닌 수만 개가 달라붙어 미세소관을 구부리고 움직임을 만들면서 편모의 세밀한 움직임을 완성한다.

연구팀은 튜불린이 효소에 의해 변형되는 것을 관찰하던 중 변형의 하나인 글리실화 변형을 하지 않는 돌연변이가 일어난 정자가 원을 그리며 맴도는 것을 발견했다. 편모가 흔들리는 방식이 달라지며 정자가 앞으로 나아가지 못한 것이다. 편모를 관찰해보니 구조에는 이상이 없는 것으로 나타났다.

연구팀은 극저온 전자현미경을 이용해 편모와 모터단백질의 구조를 관찰했다. 그 결과 편모의 움직임을 만들어주는 다이닌이 미세소관의 움직임을 제대로 조정하지 못한 것으로 나타났다. 다이닌이 글리실화 변형을 일으키지 않은 튜불린을 움직이지 못한 것이다. 글리실화를 할 수 없도록 유전자를 교정한 수컷 쥐를 만들었더니 실제로 불임으로 확인됐다.

피지노 연구원은 “이번 연구는 남성 불임의 기초가 되는 새로운 원리를 보인다”며 “정자 편모는 우리 몸의 다양한 편모 중 하나기 때문에 튜불린 변형은 편모와 관련한 다른 기능에서도 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]