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미생물이야기 초파리가 알려준 젊음의 샘물
2013-08-05 12:25:49
이엠생명과학연구원

초파리가 알려준 젊음의 샘물

PGC-1 유전자는 노화의 브레이크?

 

 

과학이 발달하면서 인간의 평균 수명은 점점 늘어나고 있다. 하지만 이제는 얼마나 오래 사느냐보다 어떻게 건강한 상태를 유지하느냐에 더 많은 관심이 쏟아지고 있다. 우리나라의 전래 동화 중에 착하게 살던 노부부가 깊은 산 속에 있는 샘물을 마시고 젊어진다는 이야기도 알 수 있듯이 젊고 건강하게 사는 것은 시대와 장소를 뛰어넘는 인류의 보편적 바람이다.


최근 UCLA의 생명과학자들이 노화를 늦추는 유전자를 초파리에게서 발견했다. 초파리를 연구하는 과학자들이 PGC-1이라는 이름을 가진 유전자를 활성화하자, 미토콘드리아의 활동이 증가되었다. 미토콘드리아는 아주 작은 세포의 발전기인데 세포성장을 조절하고, 세포가 언제 살고 죽는지를 판단한다.
                                                                                                                 
“우리는 이 유전자를 취해서 초파리에 있는 다른 세포(cell)들과 조직세포(tissue)들에서 그 유전자의 활동을 북돋웠다. 그리고 이것이 노화과정에 영향을 주는가를 물었다.” UCLA에서 통합생물학(integrative biology)과 심리학의 조교수로 있는 데이비드 워커가 전했다.
 
“우리는 초파리의 소화관에 있는 PGC-1 유전자를 촉진시켰을 때 초파리의 수명이 늘어나는 것을 발견했다. 우리는 또한 뉴런, 근육 등 다른 조직세포들을 연구했으나 생명연장은 찾을 수 없었다. 이것은 우리에게 소화관에 관련된 중요한 어떤 것을 말해준다”고 설명했다.

연구결과는 학술지 ‘세포대사학’(Cell Metabolism) 온라인판에 게재되었으며 곧 인쇄판에도 실릴 예정이다. 이 연구에는 워커가 있는 UCLA 분자생물학 연구소, 솔크 생물학 연구소와 UC샌디에이고의 생물학부가 함께 참여했다고 온라인 과학사이트 사이언스 데일리가 지난 9일 보도했다.

 
▲ 초파리는 노화 연구의 훌륭한 모델이다.  ⓒScienceTimes
워커는 “장(腸)에 있는 조직세포에서 이 유전자 한 개만 활성화시켜도 초파리의 생명은 연장된다”고 밝혔다. 이 연구에 참여한 생물학자들은 초파리 장(腸)의 노화를 지연시키고 그들의 수명을 50% 정도 연장시켰다. 워커는 또한 이 연구가 PGC-1 유전자의 활동을 증가시키는 것이 세포 수준과 전체 동물의 수준에서 모두 노화를 늦출 수 있다는 것을 보여준다고 주장했다.

노랑초파리(Drosophila melanogaster)는 약 두 달 정도의 수명을 가진다. 그들은 약 한 달 후부터 노화의 신호를 보인다. 그들은 기력이 쇠해지고, 덜 활동적이 되며 결국 죽는다. 그들은 노화연구의 훌륭한 모델이라고 워커는 말했다. 왜냐하면 과학자들은 초파리의 모든 유전자를 알고 있고, 그 각각의 유전자를 작동하고 멈추는 것까지 조작할 수 있기 때문이다.

장(腸)은 인간 노화의 열쇠
                                    
“사람들은 모두 뇌와 심장을 보호하는 것에 대해서만 생각하지만 건강한 노후를 위해서 장(腸)은 필수적인 조직세포로 이루어져 있다”고 워커는 말했다. “소화기관은 에너지의 원천인 영양분을 섭취하는데 가장 핵심적인 역할을 한다. 또한 환경에 있는 독소들과 병원균으로부터 우리를 보호하는 중요한 방어벽이다. 이런 이유로 이들 세포에 있는 미토콘드리아에 문제가 생긴다면 치명적일 것이다. 만약 장(腸)에 있는 어떤 것이 잘못된다면 다른 조직세포나 기관들에 파괴적인 결과를 가져올 것이다”라고 설명했다.

PGC-1 유전자와 젊어지는 샘물

PGC-1 유전자는 세포의 미토콘드리아를 활성화시키고 포유류와 초파리에서 미토콘드리아의 활동을 조절한다. 연구는 미토콘드리아 활동의 증가가 노화를 더디게 하는 효과적인 전략인가 아닌가에 대한 질문들을 이끌어냈다.

 
▲ 건강한 노후를 위해서 장(腸)은 필수적인 조직세포로 이루어져 있다  ⓒScienceTimes
워커와 동료들의 첫 번째 질문은 PGC-1 유전자가 초파리와 포유류에서 같은 기능을 하는가인데 결과는 “그렇다”이다.

생물학자들은 초파리 버전의 PGC-1 유전자 발현 수준을 증가시켰다. 그리고 이것이 미토콘드리아를 더욱 활성화시킨다는 것을 알아냈다. 그들은 PGC-1 유전자 활동을 촉진시키는 것이 노화를 늦추는지 여부를 실험했고 소화관에 초점을 맞춘 실험에서 가설이 증명되었다.

초파리의 장(腸)은 이전 연구에서 알려진 것처럼 어른 줄기세포에 의해 유지된다. 생물학자들은 어른 줄기세포와 그 세포의 직계 딸 세포에만 있는 PGC-1 유전자 발현을 증가시키기 위해 유전자와 분자로 된 도구를 사용한다면 어떤 일이 발생할지 의문을 가졌다.

“솔크 연구소의 줄기세포팀과 협동하여 우리는 오직 그 줄기세포와 딸 줄기세포의 유전자 발현만을 촉진한 것이 초파리의 수명 연장에 충분하다는 사실을 발견했다”고 워커는 설명했다.

게다가 초파리에 있는 PGC-1 유전자의 증가가 창자에 있는 세포들의 변화가 시작되는 것을 지연시켰다. 그러므로 새로운 연구는 미토콘드리아, 조직세포, 줄기세포와 노화 사이의 관련성을 보여준다.

워커는 자신들의 연구는 다른 노화 관련 연구들과 다른 접근을 시도한 것이라 밝혔다. 대부분의 노화 관련 연구는 암이나 알츠하이머 같은 특정질병을 선정한다. 하지만 이번 연구는 노화 과정 그 자체만을 연구했다고 전했다. 노화야말로 대부분의 암과, 심장병, 파킨슨 병등에서 가장 위험한 요소이기 때문이다.

워커는 이제 PGC-1 유전자가 노화 관련 질병을 퇴치하려는 제약회사들의 잠재적인 표적이 될 것이라고 예상했다. 이 유전자가 정말 인류에게 또 다른 젊음의 샘이 될 수 있을지 앞으로의 연구가 기대된다.

이번 연구는 UCLA 분자생물학 연구소의 미셸 레라, 셰퍼 바하도라니, 재영 조 등이 공동저자로 참여했고 미국국립보건원과 엘리슨 의학 재단 새 연구 기금의 지원을 받아 이루어졌다.

고연화 객원기자 | twikee@hanmail.net




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