연구자들은 포유류의 노화 원인이 될 수 있으며 되돌릴 수 있는 메커니즘을 발견했습니다: 핵과 미토콘드리아 사이의 세포 내 통신을 가능하게 하는 일련의 분자적 사건들입니다.
통신이 손상됨에 따라 노화가 가속화됩니다. 과학자들은 인체에서 자연적으로 생성되는 분자를 투여하여 늙은 쥐의 통신 네트워크를 복원하는 데 성공했습니다. 이후 채취한 조직 샘플은 훨씬 더 어린 동물의 것과 유사한 주요 생물학적 징후를 보여주었습니다.
"우리가 발견한 노화 과정은 결혼한 부부와 비슷합니다. 젊을 때는 잘 소통하지만, 시간이 지나 오랜 세월 함께 살면서 소통이 무너집니다."라고 하버드 의과대학 유전학 교수이자 이 연구의 수석 저자인 데이비드 싱클레어가 말했습니다. "그리고 부부처럼, 소통을 회복함으로써 문제가 해결되었습니다."
이 연구는 하버드 의과대학, 국립 노화 연구소(NIA), 그리고 싱클레어가 직책을 맡고 있는 호주 시드니의 뉴사우스웨일스 대학교 간의 공동 프로젝트였습니다.
통신 고장
미토콘드리아는 종종 세포의 "발전소"라고 불리며, 필수적인 생물학적 기능을 수행하기 위한 화학 에너지를 생성합니다. 우리 세포 내에 살고 있으며 자체 작은 게놈을 가진 이 자율적인 소기관은 오랫동안 노화의 핵심 생물학적 요인으로 확인되어 왔습니다.
하지만 시간이 지남에 따라 효율성이 떨어지면서 알츠하이머병과 당뇨병과 같은 많은 노화 관련 질병이 점진적으로 발생합니다.
연구자들은 일반적으로 노화가 되돌릴 수 있다는 생각에 회의적이었습니다. 주된 이유는 노화 관련 질병이 미토콘드리아 DNA의 돌연변이 결과라는 지배적인 이론 때문이며, 돌연변이는 되돌릴 수 없기 때문입니다.
싱클레어와 그의 팀은 수년 동안 노화의 기초 과학을 연구해 왔습니다. 노화는 시간이 지남에 따라 기능이 점진적으로 저하되는 것으로 광범위하게 정의되며, 주로 시르투인(sirtuins)이라는 유전자 그룹에 초점을 맞추고 있습니다. 그의 연구실의 이전 연구에 따르면 이 유전자 중 하나인 SIRT1은 포도, 적포도주 및 특정 견과류에서 발견되는 화합물인 레스베라트롤에 의해 활성화됩니다.
싱클레어 연구실의 박사후 연구원인 아나 고메스는 이 SIRT1 유전자가 제거된 쥐를 연구했습니다. 이 쥐들이 미토콘드리아 기능 장애를 포함한 노화 징후를 보일 것이라는 예측은 정확했지만, 연구자들은 세포 핵에서 유래하는 대부분의 미토콘드리아 단백질이 정상 수준인 반면 미토콘드리아 게놈에 의해 암호화된 단백질만 감소했다는 사실을 발견하고 놀랐습니다.
"이는 문헌이 제시하는 것과는 반대였습니다."라고 고메스가 말했습니다.
NAD 복원을 통한 노화 역전
고메스와 동료들이 가능한 원인을 조사하면서, 그들은 NAD라는 화학 물질에서 시작하여 정보를 전달하고 세포의 핵 게놈과 미토콘드리아 게놈 사이의 활동을 생성하는 핵심 분자로 끝나는 복잡한 사건의 연쇄를 발견했습니다. 세포는 두 게놈 간의 조정이 원활하게 유지되는 한 건강하게 유지됩니다. SIRT1의 역할은 중개자로서 보안 경비원과 같습니다. 이는 HIF-1이라는 방해 분자가 통신을 방해하지 않도록 보장합니다.
아직 명확하지 않은 이유로, 우리가 나이가 들수록 초기 화학 물질인 NAD의 수치가 감소합니다. NAD가 충분하지 않으면 SIRT1은 HIF-1을 감시하는 능력을 잃습니다. HIF-1 수치가 증가하여 게놈 간의 원활한 통신을 손상시키기 시작합니다. 연구팀은 시간이 지남에 따라 이러한 통신 손실이 세포의 에너지 생성 능력을 감소시키고 노화 및 질병의 징후가 명확해진다는 것을 발견했습니다.
"노화 과정의 이 구성 요소는 이전에 설명된 적이 없습니다."라고 고메스가 말했습니다.
이 과정의 붕괴는 미토콘드리아 기능의 급격한 저하를 초래하지만, 다른 노화 징후는 나타나는 데 더 오랜 시간이 걸립니다. 고메스는 세포가 NAD로 전환하는 내인성 화합물을 투여함으로써 손상된 네트워크를 복구하고 미토콘드리아 통신과 기능을 신속하게 회복할 수 있다는 것을 발견했습니다. 과도한 돌연변이가 축적되기 전에 충분히 일찍 화합물을 투여하면 며칠 내에 노화 과정의 일부 측면을 되돌릴 수 있습니다.
HIF-1과 노화 및 암의 연관성
NAD 생성 화합물을 단 1주일 동안 투여한 2년 된 쥐의 근육을 검사한 결과, 연구자들은 인슐린 저항성, 염증 및 근육 위축의 지표를 찾았습니다. 세 가지 경우 모두에서 쥐의 조직은 6개월 된 쥐의 조직과 유사했습니다. 인간의 나이로 환산하면, 이는 60세 노인이 이러한 특정 영역에서 20세가 되는 것과 같습니다.
이 발견의 특히 중요한 측면은 HIF-1과 관련이 있습니다. 통신을 방해하는 침입 분자 이상으로, HIF-1은 일반적으로 신체가 산소 결핍 상태일 때 활성화됩니다. 그렇지 않으면 휴면 상태를 유지합니다. 그러나 암은 HIF-1을 활성화하고 가로채는 것으로 알려져 있습니다. 연구자들은 여전히 HIF-1이 암 성장에서 수행하는 정확한 역할을 조사하고 있습니다.
"많은 유형의 암에서 활성화되는 분자가 노화 과정에서도 활성화된다는 것을 발견하는 것은 매우 중요합니다."라고 고메스가 말했습니다. "우리는 이제 암의 생리학이 어떤 면에서 노화의 생리학과 유사하다는 것을 보기 시작했습니다. 이것이 암의 가장 큰 위험 요소가 나이인 이유를 설명할 수 있을지도 모릅니다."
"여기서 해야 할 일이 분명히 더 많지만, 이러한 결과가 유효하다면 노화의 특정 측면은 조기에 발견될 경우 되돌릴 수 있을 수 있습니다."라고 싱클레어가 말했습니다.
연구자들은 현재 쥐에서 NAD 생성 화합물의 장기적인 결과와 이것이 쥐 전체에 미치는 영향을 테스트하고 있습니다. 또한 이 화합물을 드문 미토콘드리아 질환이나 제1형 및 제2형 당뇨병과 같은 더 흔한 질병을 안전하게 치료하는 데 사용할 수 있는지 테스트하고 있습니다. 장기적으로 싱클레어는 이 화합물이 쥐에게 더 건강하고 긴 수명을 제공할지 테스트할 계획입니다.
연구 자금
싱클레어 연구실은 국립 노화 연구소(NIA/NIH), 글렌 의학 연구 재단, 미국 노화 연구 재단, 엘리슨 의학 재단, SENS 연구 재단, 그리고 폴 F. 글렌 노화 생물학 연구 센터의 자금 지원을 받고 있습니다.
인간 건강에 대한 잠재적 영향
싱클레어와 동료들의 획기적인 연구는 노화 과정을 늦추거나 심지어 되돌릴 수 있는 새로운 약물 개발로 이어질 수 있습니다. 이러한 약물은 심장병, 당뇨병, 알츠하이머병 및 암과 같은 노화 관련 질병을 예방하거나 치료하는 데 도움이 될 수 있습니다.
그러나 이 연구는 아직 초기 단계에 있으며, 이러한 발견을 인간에게 효과적인 치료법으로 전환하기 전에 추가 연구가 필요하다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
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