정확히 200년 전 스웨덴 과학자 옌스 야코브 베르셀리우스(Jöns Jacob Berzelius)는 당시 달의 여신 셀레나의 이름을 딴 미량 원소 셀레늄(selenium)을 발견했다. 화학산업, 반도체 및 토너 제조 등 산업 응용은 물론이고 사람에게 필수 미량 원소이며, 많은 동물 및 일부 박테리아에게도 필수 요소다.

최근에는 뮌헨 헬름홀츠 젠트룸 연구소(Helmholtz Zentrum Munchen) 산하 발달 유전학 연구소(Institute of Developmental Genetics, IDG)의 마쿠스 콘라드(Marcus Conrad) 박사가 주도하는 연구팀은 셀레늄이 포유류에 있어 제한 요소(limiting factor)로 작용한다는 것을 처음으로 보여주었다.

우연한 과학적 발견이 수십 년 된 수수께끼를 풀다

과학자들은 페로프토시스(ferroptosis)로 알려진 새로운 형태의 세포사멸 과정을 수년간 조사해 왔다. 일반적으로 이 과정에는 일반적으로 아미노산과 셀레노시스테인(selenocysteine)의 형태로 셀레늄을 함유하고 있는 GPX4라는 효소가 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

세포사멸 과정에서 GPX4의 역할을 더 잘 이해하기 위해 효소를 변형시킨 생쥐를 사용한 실험을 수행했다고 말한 콘라드는 이 모델 중 하나에서 GPX4 효소의 셀레늄을 황으로 대체한 결과 신경학적 합병증으로 인해 3주 이상 생존하지 못하는 것을 발견했다고 덧붙였다.

이 현상의 근본적인 이유를 찾기 위해 연구한 과학자들은 셀레늄을 함유한 GPX4가 부족할 경우 뇌에서 특별한 신경세포의 뚜렷한 하위집단이 존재하지 않는 것을 발견할 수 었었다. 추가 연구에서는 셀레늄이 아니라 황으로 대체한 GPX4를 지닌 경우 출생 후 발달 과정에서 해당 신경세포 집단이 사라짐을 보여주었다.

또한 과학자들은 페로프토시스가 세포의 고도 신진대사 활동이나 신경세포의 고도 활동에서 발생하는 것으로 알려진 산화 스트레스로 유발된다는 것을 보여줄 수 있었다. IDG의 호세 페드로 프리드만 안젤리 박사는 이번 연구가 출생 후 특정 유형의 신경세포의 발달에 셀레늄이 필수 요소라는 것을 보여준다고 말하면서 셀레늄이 함유된 GPX4는 이 특정 유형의 신경세포를 산화 스트레스 및 페로프토시스 세포 사멸로부터 보호한다고 덧붙였다.

그 결과, 이 연구는 곰팡이나 식물류에서는 없어도 되지만 포유류를 포함하여 일부 유기체에서는 왜 특정 셀레늄 효소가 필수인지를 설명해준다. 추가 연구에서 마르쿠스 콘라드 연구팀은 세포 내에서 어떻게 페로프토시스가 시작되는지를 규명하고자 한다. 연구팀의 장기 목표는 치료가 까다로운 암 혹은 신경 퇴행성 질병 등 다양한 질병에 있어 페로프토시스의 역할을 분명히 밝힐 수 있는 것으로 알려졌다.