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DNA 손상과 방사선량; 선량이 연간 선량한도 수준으로 내려가면?
세포는 생체 기능을 유지하는 체세포(somatic cel)와 생식에 개입하는 유전자 세포(genetic cell)로 구분한다. 다르게 표현하면 세포는 분열하여 자신과 같거나(체세포 분열) 같지 않은(생식세포 분열)세포를 만든다. 이 과정에 절대적으로 중요한 모든 정보는 DNA에 담겨져 전달된다. 세포가 새로 나고, 살다, 죽는 것을 세포주기라 한다. 세포주기 과정 중에 때로는 손상을 입고 일찍 죽거나 변형될 수 있다. 죽으면 세포사멸이고 몸 안에서 없어진다. 변형되면 변이(돌연변이)이고 생존하여 성장, 증식할 수도 있다. 변이에는 생체 시스템에 크게 영향을 주는 것이 있고 그렇지 않은 것이 있다. 이 모든 과정은 DNA에 문제가 생기거나 그렇지 않음에 좌우된다.
세포손상 원인에는 내인성과 외인성이 있다. 인체 내부에서 원인이 있으면 내인성이고 외부에서 몸 안에 들어 온 것에 의하면 외인성이다. 내인성은 몸에 필요한 에너지를 만드는 신진대사 활동의 결과이다. 신진대사 과정에서 활성산소종(reactive oxygen species, ROS) 등이 부산물로 생성되고, 이 RSO는 세포를 공격한다. 우리가 건강하고자 체내 활성산소 생성을 억제하는데 도움을 주는 항산화 촉진 음식, 약제를 먹는 이유이다. 외인성은 자외선, 방사선, 화학물질 등이다. 자외선은 비전리 방사선이니 그냥 방사선과 화학물질로 분류할 수 있다. 여기서는 외인성 요인으로 방사선만 다룬다.
DNA는 이중나사선 구조를 갖는다. DNA 손상 중에서 가장 심각한 것이 이중나선절단(double-strand brake, DSB)이고 이에 비해 한 가닥만 절단되는 단일나선절단(single-strand break, SSB)은 상대적으로 그 영향이 덜 심각하다. 이 심각성을 다르게 표현하면, DSB 복구는 SSB 복구에 비해 그 가능성이 낮다고 할 수 있다.
자료에 의하면 사람 세포 당 하루에 약 70,000개 손상이 있고, 이 중 SSB가 55,000개(~79 %), DSB가 25개(~0.036 %) 라고 한다.1) 이 손상의 원인은 당연히 내인성과 외인성 모두일 것이다.
외인성 요인 중 방사선에 의한 DNA 손상 크기를 보여주는 자료가 있다. 방사선량 100 mGy(흡수선량이고 등가선량으로 표현하면 100 mSv 이며, 대부분 유효선량 보다 작거나 같음)가 유발하는 SSB는 세포 당 100개, DSB는 세포 당 2~4개이다.2) 주1)
주1) 원문에는 포유동물세포에 저 LET 감마선 1 Gy를 조사 했을 때, 세포 당 SSB가 1,000개, DSB가 20~40개 유발된다고 한다. 활성산소종에 의한 DNA 손상은 방사선의 것과 다르지 않다. 2 Gy를 분할하여 조사하는 전형적인 방사선치료 시 세포 당 약 3,000개의 DNA 손상이 생기는데, 이는 매일 ROS 때문에 생기는 약 50,000개의 손상(앞서 인용한 자료의 70,000개 보다 작다.)에 비하면 아주 적은 양이다.
DSB만 고려할 경우, 100 mGy의 방사선량에 노출되면 일상에서 매일 생기는 내인성 손상의 약 10 %가 되는 셈이다. 더 나아가 선량 대 영향 관계에 일차식 선형관계를 가정하면 1 mGy 경우는 그 손상이 내인성 손상의 약 0.1 % 이다.
우리는 매일 방사선으로 해서 얼마나 많은 선량을 받고 살까? 그리고 그로 인한 영향은 어떨까? 실제 의료방사선을 제외하면 자연방사선량 외에 추가로 받는 인공방사선에 의한 선량은 거의 없다. 아주 미미하다. 앞서 말한 선량 대 영향 관계로 표현한다면, (추가되는 영향이란 자연방사선량에 의한 것을 제외한 것이니) 추가로 받는 것이 거의 '0' 선량이고 따라서 그로 인한 영향은 거의 없다. 실제 일상에서는 자연방사선에 피폭하는 것이 대부분이다.(우리나라 국민의 경우 연간 평균 피폭선량은 4.1 mSv 이다.) 이렇게 늘 자연방사선에 노출되어 있으며, 결국 그로 인한 영향(방사선에 의한 DNA 손상)은 이미 하루에 세포 당 발생하는 DNA 손상(SSB, DSB 등) 전체에 포함되어 있는 것이다. 하지만 그 양은 내인성 손상의 0.001 %로 아주 작다. 주2)
주2) 우리나라 국민의 1일 자연(천연)방사선량은, 4.1 mSv/년 x (1 년)/(365 일) = 0.0112 mSv/일 이다. DSB 손상에 관한 앞의 설명에서 1 mSv 선량에 의한 외인성 손상의 양이 1일 내인성 손상의 0.1 % 이다. 이에 따르면 우리 국민의 경우, 천연방사선에 의해 생기는 외인성 손상은 내인성 손상의 약 1/100,000 이다.
이제 자연방사선량에 더하여 인공방사선이건 천연방사선이건 연간 1 mSv 선량을 추가로 받는다고 가정하자. 이 선량으로 인해 추정되는 1일 DNA 손상의 크기는, 특히 DSB 손상을 내인성 요인에 대한 비율로 가늠해 보면, 내인성 손상의 약 0.0003 %(=0.1/365 %)가 된다. 1백만 당 3의 비율이다. 1 mSv 선량이라면 내인성 요인에 비해 외인성 요인은 없다고 해야 할 것이다. 다르게 표현하면 외인성 요인을 거의 구별할 수 없다. 동시에 체내 신진대사에 의해 만들어진 ROS 같은 내인성 요인만이 손상을 준다고 표현해야 할 것이다. 물론 방사선도 ROS를 만든다. 하지만 그 양이 중요하다. 실제 손상을 주는 것은 내인 유발 ROS가 거의 전부라고 판단하는 것이 합리적이다. 낮은 수준의 방사선(적어도 일반인 연간 선량한도 1 mSv, 연간 종사자 선량한도 20 mSv 등)이 만드는 외인 유발 ROS는 그 양이 너무 작아 무시 가능하기 때문이다.
참고
1) A. Tubbs and A. Nusenzweig, Endogeneous DNA Damage as a Source of Genomic Instability in Cancer, Cell 168, 644-656 Feb 9 (2017), originally from T. Lindahl and D.E. Barnes, Repair of Endogenous DNA Damage, Cold Spring Harb. Symp, Quant. Biol. 65, 127-133 (2000)
2) M.E. Lomax, L.K. Folkes and P. O'Neil, Biological Consequences of Radiation-induced DNA Damage: Relevance to Radiotherapy, Clinical Oncology 25, 578-585 (2013)
이 자료의 최초 작성 및 등록 : 김봉환(KAERI) bhkim2@kaeri.re.kr
