인간 노화 조절 가능하다.

2015년 4월 30일 세계 최고의 과학학술지 사이언스(Science)지에 게재된 최근 연구는 조밀하게 구성된 DNA 다발의 손상에 의한 노화에 대한 것으로, 본 연구는 노화를 방지하는 방법 및 노화와 관련된 암, 당뇨병, 알츠하이머병 등을 치료할 수 있는 방법을 제시할 것으로 기대된다. 본 연구에서 세계적인 기초생물학 및 생명공학 연구소인 솔크 연구소(Salk Institute)와 중국과학원(Chinese Academy of Science) 연구팀은 이질염색질(heterochromatin)로 알려진 DNA 다발의 손상으로 인해 정상보다 빠르게 노화가 진행되어 이른 사망을 초래하는 유전병인 워너 증후군(Werner syndrome)을 유발하는 돌연변이 유전자를 발견하였다.

줄기세포와 유전자 편집(gene-editing)과 같은 최첨단 기술들을 조합하여 이루어낸 본 연구 성과는 이질염색질의 손상을 막거나 이를 역행시켜 노화와 관련된 생리학적 쇠퇴에 대응하는 새로운 방법을 이끌 것으로 기대된다. “우리는 이질염색질의 해체로 발생하는 워너 증후군을 초래하는 돌연변이 유전자를 발견하였다. 이렇듯 정상적인 DNA 다발의 붕괴는 노화를 이끄는 핵심 요소이다. 이것은 워너 증후군에 영향을 미친다. 노화의 핵심 메커니즘을 이끄는 이질염색질 해체를 식별해냄으로써 본 유전자가 워너 증후군에 영향을 미치는 인자임을 밝혔고, 이 과정을 역행시킬 수 있음을 보였다. 즉, 자연의 법칙인 노화를 거스를 수도 있다는 의미이다”라고 본 연구의 상급저자인 주안 카를로스 이크피수아 벨몬트(Juan Carlos Izpisua Belmonte)는 말했다.

워너 증후군은 정상보다 빠르게 노화를 초래하는 유전병이다. 현재 미국에서는 인구 이십만 명 중 한 명 꼴로 워너 증후군이 발병하고 있다. 워너 증후군 환자들은 젊은 시기에 백내장, 2단계 당뇨병, 동맥경화, 골다공증, 암 등 노화와 관련된 질병을 앓게 되며, 대부분의 경우 40대 후반에서 50대 초반에 사망한다. 워너 증후군은 WRN 단백질으로 알려진, 워너 증후군 렉큐 헬리카제형 유전자(Werner syndrome RecQ helicase-like gene)의 돌연변이로 인해 발생한다. 이전 연구에서 정상적인 형태의 WRN 단백질이 인간의 DNA의 구조와 무결성을 유지하는 효소 역할을 한다고 보고되었다. 워너 증후군이 발생하여 WRN 단백질에 돌연변이가 생기면 DNA 및 유전자 표현의 복제 및 수리를 방해하고 이로 인해 조기 노화가 진행된다고 여겼다. 그러나 돌연변이 WRN 단백질이 정확히 어떻게 이러한 핵심적인 세포 과정을 방해하는지에 대해서는 확실히 밝혀진 바는 없었다.

솔크 연구팀은 돌연변이 WRN 단백질이 세포 과정에 엄청난 혼란을 주는 정확한 방법을 찾고자 노력하였다. 연구팀은 이를 위해 인간 줄기세포에서 WRN 유전자를 제거하기 위해 최첨단 유전자 편집 기술을 이용하여 워너 증후군 세포 모델을 개발했다. 연구팀은 본 줄기 세포 모델을 통해 빠르게 노화되는 세포에 대한 전례 없는 연구 결과를 얻었다. 실제 워너 증후군 환자의 돌연변이 유전자를 모방한 세포는 정상세포보다 빠르게 노화가 일어났다. 엄밀한 검사를 통해, 연구팀은 WRN 유전자 삭제가 세포 핵 안에 존재하는 조밀한 DNA 다발인 이질염색질의 구조의 붕괴를 이끈다는 것을 발견하였다.

이러한 DNA 다발은 유전자의 활동성 통제의 교환대 역할 및 세포의 복잡한 분자 시스템을 총괄하는 역할을 한다. 이질염색질 다발의 바깥 쪽은 후성적 태그로 알려진 화학적 마커로, 이질염색질의 구조를 통제한다. 예를 들어, 외벽의 화학성질에 변화를 줌으로써 이질염색질의 구조를 바꿀 수 있다. 즉, 이질염색질을 발현시킬 수도 있고 침묵시킬 수도 있다는 것이다. 솔크 연구팀은 WRN 유전자의 삭제가 이질염색질의 붕괴를 이끈다는 것을 발견함으로써, WRN 단백질이 이질염색질의 유지에 중요한 역할을 한다는 것을 입증하였다. 실제로, 추가적인 실험에서 연구팀은 WRN 단백질이 이질염색체를 안정화시키는 분자 구조와 직접적인 작용을 하고, 돌연변이 WRN 단백질이 이질염색질의 불안정과 연관이 있다는 결정적인 증거를 세계 최초로 보였다.

“우리의 연구 결과는 워너 증후군과 이질염색질 붕괴의 연결 고리라 할 수 있다. 우리는 후성적 변화를 방해함으로써 정상적인 세포 과정의 방해를 이끄는 유전자 돌연변이의 분자 메커니즘을 밝혔다. 넓게 생각해서 본 연구 결과는 이질염색질의 구조에 누적된 변화가 세포 노화의 주요 원인이라는 것을 보여준다. 여기서 우리는 오래된 집이나 자동차를 리모델링하듯이 세포의 이러한 변화를 역행시킬 수 있느냐에 대해 생각해 볼 수 있다. 즉, 노화를 일으키는 세포를 조작하여 노화를 억제하거나 오히려 젊어지게 할 수도 있을 것”이라고 이크피수아 벨몬트는 말했다.

“노화에 대한 이질염색질 붕괴의 역할을 완전히 이해하기 위해 대규모의 추가적인 연구가 필요하다. 염색체의 말단 부분인 텔로미어(telomeres)의 단결화 등 노화와 관련된 다른 세포와 이질염색질가 어떻게 상호작용을 하는지도 필수 연구 대상”이라고 이츠피수아 벨몬트는 덧붙였다. 추가적으로 이츠피수아 벨몬트 연구팀은 인간의 노화와 질병에 작용을 하는 후성적 변화를 역행시키기 위한 후성적 편집 기술을 개발하고 있다.

1. 그림설명: 솔크 연구소 연구팀은 정상보다 빠르게 노화되는 유전병인 워너 증후군을 일으키는 돌연변이 유전자를 발견하였다. 본 유전자는 DNA 다발인 이질염색질의 안정화에 핵심적인 역할을 한다. 본 발견은 보편적으로 말해 이질염색질의 붕괴가 노화를 이끄는 핵심 요소라는 것을 말한다. 왼쪽 그림은 정상적인 이간 세포를 나타낸 것이고, 오른쪽 그림은 솔크 연구팀이 유전자 조작을 통해 워너 증후군 환자의 세포를 모방한 것으로, 세포의 크기가 커진 것이 노화가 진행된 세포를 의미한다. (제공: 솔크 연구소)

출처: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150430141803.htm

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=256091&cont_cd=GT

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