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  [일반] [인데일리][수명연장기술] 노화를 역전시킬 수 있는 새로운 방법을 제공하는 획기적인 줄기세포 연구. 노화를 통제하는 것은 바로 두뇌의 시상하부이다. 수명을 연장하기 위해 두뇌에 줄기세포를 이식하는 날이 오게 된다. 게시글을 twitter로 보내기 게시글을 facebook으로 보내기
write date : 2017-08-31 18:15:38   
  일반 >[인데일리][수명연장기술] 노화를 역전시킬 수 있는 새로운 방법을 제공하는 획기적인 줄기세포 연구. 노화를 통제하는 것은 바로 두뇌의 시상하부이다. 수명을 연장하기 위해 두뇌에 줄기세포를 이식하는 날이 오게 된다.

[수명연장기술] 노화를 역전시킬 수 있는 새로운 방법을 제공하는 획기적인 줄기세포 연구. 노화를 통제하는 것은 바로 두뇌의 시상하부이다. 수명을 연장하기 위해 두뇌에 줄기세포를 이식하는 날이 오게 된다.

박영숙 일자리혁명2030저자  
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노화를 역전시킬 수 있는 새로운 방법을 제공하는 획기적인 줄기세포 연구. 노화를 통제하는 것은 바로 두뇌의 시상하부이다. 수명을 연장하기 위해 두뇌에 줄기세포를 이식하는 날이 오게 된다.

신체 노화를 일으키는 원인은 무엇일까? 그리스 철학자인 아리스토텔레스는 그 원인을 지성과 운동, 감각을 담당하는 ‘뜨겁고 건조한’ 기관인 심장 때문이라고 생각했다. 시간이 지남에 따라 사고의 주인은 심장에서 두뇌로 옮겨지게 되었다. 그러나 두뇌가 신체 노화를 통제한다는 점은 불명확하다. 각각의 기관은 노화된 조직을 다시 보충하기 위한 줄기세포 풀을 가지고 있기 때문에 과학자들은 오랫동안 신체에는 여러 개의 ‘노화 시계‘가 동시에 작동되고 있다고 생각해왔다.

하지만 이러한 생각도 정확한 것은 아니라는 것이 밝혀졌다. 최근 네이처지에 발표된 연구 결과는 고전적인 노화 이론을 흔들어놓았다. 앨버트 아인슈타인 의과대학의 동솅 카이(Dongsheng Cai) 박사 연구팀은 뇌의 시상하부에 있는 줄기세포가 노화 속도를 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 시상하부는 체온 조절, 섭식 조절, 정서 조절, 내분비 호르몬 조절 등 성장, 발달, 번식, 신진대사 같은 신체의 중요 기능에 관여하는 두뇌영역이다. 줄기세포는 젊음의 샘처럼 마이크로RNA라고 부르는 생물학적 분자의 혼합물로 가득한 작은 지방거품을 방출한다. 나이가 들면서 시상하부에 있는 신경줄기세포의 숫자들이 줄어들고 따라서 동물의 근육과 피부, 두뇌기능이 저하된다. 연구진은 실험쥐의 뇌에서 DNA전사를 통제하고 신체가 스트레스에 반응하거나 염증에 연관되는 입자인 NF-κB의 활동을 추적했다.

그러나 연구진은 젊은 생쥐의 줄기세포를 중년에 이른 생쥐에 주입할 경우 노화 과정이 느려진다는 것을 발견했다. 줄기세포가 주입된 생쥐는 인지능력과 사교능력, 체력도 우수했다. 또한 다른 세포 유형을 주입한 생쥐에 비해 10%~15% 더 오래 생존했다.

하버드의과대학의 노화연구 전문가인 데이비드 싱클레어(David Sinclair) 박사는 이번 연구는 노화연구의 ‘돌파구’라고 말했다. ‘두뇌는 노화를 통제한다. 건강을 향상시키고 수명을 연장하기 위해 줄기세포를 이식하거나 줄기세포 RNA로 치료받는 날이 곧 오게 된다.’

시상하부 : 고대의 뇌

하나의 뇌 영역에 있는 작은 세포 집단이 노화의 핵심이 된다는 것이 놀랍다. 그러나 카이 박사는 진화 과정에서 이러한 이론을 뒷받침하는 사례가 많다고 말했다. 예쁜꼬마선충(C. elegans)의 302개의 신경세포 중 일부를 실험실에서 변형하여 수명을 연장시킬 수 있다. 물론 포유류의 두뇌는 선충에 비하면 매우 복잡하다. 문제를 단순화시키기 위해 카이 박사는 시상하부에 집중하여 영점조정을 하기로 결정했다.

카이 박사는 이렇게 설명했다. ‘시상하부는 신체의 생리를 조절하는 고전적 기능을 가지고 있다. 그래서 예전에 한 번도 연구된 적은 없지만 시상하부가 노화에 관련되어 있을 가능성이 있다는 자연적인 논리는 존재한다.’

하지만 이것은 위험성이 높은 베팅이었다. 노화와 관련된 기억 유지에 가장 중요한 해마가 가장 인기 있는 연구 주제였다. 그리고 시상하부가 노화와 일부 관계가 있다는 것은 알고 있었지만 아무도 왜 그런지는 알지 못했다.

카이는 2013년에 발표한 획기적인 논문을 통해 생쥐가 자라면서 시상하부에서 NF-κB라는 분자가 증가한다는 것을 발견했다. 생쥐에서 NF-κB의 활동을 억제하면 노화와 관련된 증상이 줄어들었다. 하지만 여기에 뜻밖의 결말이 있었다. 그 회과는 뇌 기능에만 국한된 것이 아니었다. 생쥐는 근력, 피부 두께, 뼈와 힘줄의 강도를 더 잘 유지했다. 뇌의 한 부분에 있는 분자를 변화시킴에 따라 전체 신체의 노화 신호를 늦출 수 있었던 것이다.

낯선 세포

하지만 카이 박스는 노화 퍼즐의 일부만을 풀었을 뿐이었다. 세포 수준에서 다양한 요인이 노화를 조절한다. 노화의 열쇠도 없으며 이 과정을 지배하는 하나의 분자 또는 단일 경로는 없다. 염증과 관련된 입자인 NF-κB 분자는 큰 기여를 했다.

신체의 다른 조직에 비하면 두뇌 안의 줄기세포는 극단적으로 희귀하다. 카이 박사는 몇 년 전에 시상하부에 이러한 젊음의 분자가 존재한다는 것을 알고는 매우 기뻐했다. 그는 시상 하부 내에 있는 줄기 세포가 노화를 조절하는지를 연구하게 되었다.

카이 박사의 연구진은 먼저 일련의 실험을 통해 시상하부의 V자 모양으로 된 지역에 있는 줄기세포들이 실험동물의 나이가 들면서 사라진다는 것을 발견했다. 줄기세포의 감소가 노화의 결과인지, 아니면 노화에 기여하는 원인인지를 확인하기 위해 연구진은 성숙한 신경을 손상시키지 않으면서 줄기세포의 70%를 제거할 수 있는 두 가지 독소를 사용했다.

그 결과는 놀라운 것이었다. 4개월 뒤 생쥐의 노화과정은 훨씬 빨라졌다. 근력, 신체 조정능력, 러닝머신 타기 능력이 모두 저하되었다. 정신적으로도 미로를 통과하는데 어려움을 겪게 되었고 다른 생쥐와의 사교에도 관심이 떨어졌다.

카이 박사 연구진은 논문을 통해 이러한 생리적 변화는 모두 노화의 가속을 반영하는 것이라고 말했다. 실험 생쥐들은 독소 처치를 받지 않은 생쥐들보다 몇 개월 빨리 죽었다.

원래대로 돌아가기

줄기세포 기능 저하가 노화 때문이라면 노화된 뇌에 새로운 줄기세포를 재공급한다면 동물을 다시 활성화시킬 수 있을 것이다. 이러한 아이디어를 테스트하기 위해 연구진들은 새로 태어난 생쥐의 시상하부에서 줄기세포를 분리하여 중년의 생쥐에게 이식했다. 4개월 뒤, 줄기세포가 이식된 중년의 생쥐들은 인지 능력과 근력에서 더 나은 기능을 나타냈다. 그리고 다른 유형의 세포를 이식받은 생쥐보다 평균 10% 정도 더 오래 살았다. 이를 인간에게 적용한다면 85세의 평균수명을 93세로 연장한다는 의미이다.

하지만 최고의 결과는 아직 얻어지지 않았다. 어떻게 몇 개의 세포가 이렇게 노화과정에 놀라운 효과가 있을 수 있었을까? 연구진은 일련의 후속실험을 통해 마이크로RNA라는 생물학적 분자 풀 덕분이라는 것을 알게 되었다. 마이크로RNA는 엄청난 영향력을 가진 작은 분자이다. 이 분자들은 상상력을 불러일으키지 않는 “106a-5p,” “20a-5p” 등의 이름을 가지고 있다. 그러나 마이크로RNA 분자들은 동시에 여러 유전자에 영향을 줄 수 있다. 단일 유형의 마이크로RNA는 세포의 작동 방식을 변화시킨다.

대부분의 세포들이 마이크로RNA를 만든다. 그러나 카이 박사는 시상하부의 줄기세포들이 마이크로RNA 분자를 멤브레인 막으로 포장하여 비눗방울 총처럼 세포를 쏠 수 있는 ‘독특하고 매우 강력한’ 능력을 가지고 있다는 것을 발견했다.

마이크로RNA는 세포 외부로 나오게 되면 뇌에서 신체를 가로지르는 환상적인 여행을 통해 신체 조직의 생물학을 조정하게 된다. 그래서 연구진이 중년의 생쥐에게 작은 마이크로RNA 방울을 주입하게 되자 광범위한 재생 효과를 보게 된 것이다.

영원한 젊음

노화 분야는 매우 흥미로운 분야이다. 미국 매사추세츠 공과대학교의 레너드 귀렌테(Leonard Guarente) 박사는 이번 연구가 노화 방지 치료법을 개발할 수 있는 새로운 방법이 될 수 있다고 말했다. 또한 이러한 개입적 방법은 메트포르민, 젊은 혈약, 젊은 분자 등 제 기능을 발휘하지 않는 세포를 제거하는 방법과 함께 사용할 수 있다.

줄기세포 치료 방법은 노화를 조절하는 시상하부의 능력을 향상시킬 수 있다. 하지만 과학자들은 시상하부가 가진 다른 중요한 역할인 호르몬 방출에 줄기세포가 어떻게 관련되어 있는지를 밝혀내야 한다.

물론 뇌에 세포를 주입하는 것은 실제적인 치료방법이 아니다. 연구진은 현재 수천 가지 유형의 마이크로RNA 중에서 노화를 제어하는 것은 어떤 것인지, 그리고 정확히 무엇을 하는 것인지를 알아내기 위해 열심히 노력하고 있다.

연구진의 다음 목표는 영장류에서, 그리고 궁극적으로 인간에서 노화 방지 마이크로RNA 후보들을 검증하는 일이다. 카이 박사는 ‘인간은 물론 더욱 복잡하다. 그러나 이러한 메커니즘이 근본적인 것이라면 줄기세포 방식의 개입이 효과를 나타내게 될 것’이라고 말했다.

   

 

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