시루투인, 텔루미어

--> 건강하게 오래 사는 사람들을 보면 뭔가 특별한 유전자가 있을 것이라고 생각한다.

하지만 항노화 의학과 생명공학을 통해 누구나 ’시르투인(sirtuin)’이라는 장수 유전자를 가지고 있어 이를 잘 관리하면 오래 살 수 있다는 사실이 밝혀지고 있다.

핵심은 소식(小食)과 채식(菜食)을 즐기고 운동을 꾸준히 하면 우리 몸의 미토콘드리아 숫자가 늘어나 장수한다는 것이다. 우리 몸은 60조개의 세포로 구성되어 있다. 세포마다 2만3000개의 유전자가 있지만 늘 사용하고 있는 것은 고작 5%에 불과하다. 나머지 95%는 잠들어 있다. 따라서 올바른 생활습관을 통해 장수와 관련된 유전자 시르투인의 발현을 돕는다면 누구나 장수할 수 있다는 얘기다.

우리 몸은 왜 늙는 것일까.

노화 원인과 과정을 설명하는 가설이 많았다. 먼저 ’마모설’이다. 마모설은 자주 입은 옷이 금세 해지고 날마다 쓰는 물건이 고장나듯이 몸도 오래 사용하면 닳고 기능이 떨어져 노화된다는 이론이다. ’세포 내 독소 축적설’은 완전히 배출되지 못한 노폐물이 체내에 누적돼 세포를 손상시키고 이로 인해 신체기능이 약화되어 노화된다는 이론이다.

’산화적 손상설’은 몸 안에서 발생하는 활성산소가 노화를 촉진한다는 이론이다. ’노화유전자설’은 유전자가 생체에 노화현상을 일으킨다는 이론으로 ’텔로미어설’로 주목받고 있다.

텔로미어(telomere)는 세포의 염색체 양끝에 존재하는 단백질 성분의 핵산서열로 세포가 분열할 때마다 조금씩 짧아진다. 사람의 세포가 일정 횟수 이상 분열할 수 없는 이유도 이 현상 때문이다. 세포는 끊임없이 분열하는데 그때마다 텔로미어의 일부가 복제되지 않고 갈수록 분열의 범위가 커져서 마침내 텔로미어가 일정 길이 이하로 짧아지면 세포가 더 이상 분열하지 못하고 수명을 다하기 때문에 노화가 진행된다는 게 텔로미어설이다. 노화 가설 중 실험으로 증명된 이론은 ’산화적 손상설’과 ’노화유전자설’이다.

그동안 발견된 노화 관련 유전자는 ’age-1유전자’ ’daf-2유전자’ ’sirtuin 유전자’ 등이다. age-1유전자는 1988년 토머스 존슨 미국 컬럼비아대 교수가 발견한 노화촉진 유전자로 이 유전자에 손상을 입히니 선충의 수명이 1.7~2.1배나 늘었다. daf-2유전자는 1993년 신시아 캐니언 미국 캘리포니아대 교수가 발견한 노화촉진 유전자로 이 유전자에 손상을 주니 선충의 수명이 2배나 증가했다.

시르투인 유전자는 2000년 레너드 가렌티 미국 MIT 교수가 발견한 것으로 노화와 수명에 관련된 대부분의 반응 경로를 통제하고 조절하는 장수 유전자로 건강 장수의 열쇠를 쥐고 있는 마스터 유전자 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

시르투인은 효모에서 처음 발견됐지만 선충, 초파리, 포유류 일부, 그리고 인간에서도 존재가 확인됐다. 효모, 선충, 포유류를 대상으로 시르투인을 활성화시켰더니 모두 수명이 늘어났다.

효모를 두 그룹으로 나눠 한쪽에만 먹이(포도당) 양을 줄여 섭취열량을 75%까지 제한한 결과, 미토콘드리아 내에 NAD가 많이 생성되고 이로 인해 시르투인 유전자 활동이 증가했다.

NAD(Nicotinamide Adenine Dinucleotide)는 세포의 에너지 대사과정에서 중요한 역할을 하는 조효소로 탄수화물, 지방, 단백질 분해반응에 작용한다. NAD는 니아신(비타민B₃)을 원료로 간에서 만들어져 간에 저장된다. 니아신이 부족하면 구내염이나 피부염증, 식욕부진, 체력저하 등이 나타나기 쉽다.

최근에는 니아신 보충제를 복용하면 당뇨병이나 고지혈증, 동맥경화증을 예방하는 데 도움이 된다고 알려져 있다. 또 혈중 콜레스테롤이 낮아지고 심혈관계 질환이 줄어든다고 보고된 적이 있다. 이 같은 질병 예방 효과는 니아신 자체에서 비롯된 것이 아니라 실제로는 니아신이 미토콘드리아 안에서 NAD 생성량을 늘려 시르투인 유전자를 활성화했기 때문에 나타난 결과로 추측되고 있다.

이를 종합해보면 섭취열량 제한→미토콘드리아 내 NAD 생성량 증가→시르투인 유전자 활성화→장수로 이어진다. 쥐를 대상으로 당뇨병이나 암이 생기도록 유전자를 조작해 인위적으로 수명을 단축시킨 뒤 섭취열량을 제한하는 실험을 했다.

그 결과 쥐들은 질병을 앓기는 했지만 예상보다 오래 살았다. 섭취열량을 줄여서 시르투인을 활성화하면, 다시 말해 장수유전자를 단련시키면 병든 쥐도 오래 살 수 있다.

현재 확인된 내용을 보면 시르투인 유전자의 명령을 실행하는 단백질(시르투인)을 활성화하면 당뇨병이나 심장병, 고혈압과 같은 대사증후군 질병을 예방ㆍ치료할 수 있다. 특히 의학의 힘을 빌리지 않고 스스로의 노력으로 시르투인 유전자를 활성화할 수 있다는 것이다. 인류가 빙하기에도 살아남은 이유는 섭취열량이 줄어들자 시르투인 유전자가 활성화되어 강한 생존력을 갖게 됐다는 주장도 있다.

소식이 몸에 좋다는 것은 여러 연구를 통해 밝혀졌다. 미국 코넬대 영양학자 클리브 맥케이 박사가 쥐를 대상으로 열량섭취를 평소의 65%로 제한하는 실험을 했더니 쥐의 평균 수명이 무려 2배 가까이 늘어났다고 밝혔다. 하지만 주변 반응은 차가웠다. 저열량식이 수명 연장에 어떻게 기여하는지 설명하지 못했고 쥐를 대상으로 했기 때문이다.

미국 위스콘신대 연구팀도 붉은털 원숭이를 대상으로 20년 동안 실험한 결과, 열량을 30% 줄인 식단을 먹었던 원숭이그룹이 원하는 대로 먹었던 원숭이그룹보다 털에 윤기가 나고 흰털이나 주름이 적고 한참이나 젊어보였다.

현재 성인 4명 중 1명은 대사증후군을 앓고 있다. 그럼에도 저열량을 위한 소식에는 여전히 소극적이다. 열량 섭취를 줄이면 볼품없이 마르고 기운이 없어진다는 부정적인 선입견이 팽배해 있다.

저열량식과 장수는 운명의 붉은 실로 이어져 있다. 시르투인 유전자를 활성화하여 수명을 늘리는 저열량식은 단백질, 탄수화물, 비타민, 미네랄과 같은 영양을 고루 섭취하면서 총열량만 평소의 70% 정도로 줄이는 것이다. 다이어트를 한다면서 고기나 기름을 전혀 먹지 않거나 사과만 먹는 식습관은 옳지 않다. 특정 영양소를 섭취하지 않고 무조건 덜 먹는 체중감량식이 아니라는 얘기다.

장수 건강의 두 번째 실천법은 운동이다. 운동을 해야 미토콘드리아 숫자가 늘어나고 시르투인이 활성화된다. 미토콘드리아는 세포 소기관의 하나로 세포호흡에 관여한다. 호흡이 활발한 세포일수록 많은 미토콘드리아를 함유하고 있으며 에너지를 생산하는 공장으로 불린다. 미토콘드리아는 간세포 1개당 1000~3000개, 식물세포에는 100~200개가 있으며 우리 몸에는 약 60조개의 미토콘드리아가 있는 것으로 알려져 있다.

문제는 생명의 원천인 미토콘드리아가 세포호흡 과정 중에 부산물로 활성산소를 발생시킨다는 점이다. 체내에서 발생하는 활성산소의 90% 이상이 미토콘드리아에서 나오며 활성산소는 알려진 것처럼 암과 같은 각종 질환을 유발한다. 인간이 숨을 쉬고 산소를 이용해 에너지를 만들어 사는 동안에는 활성산소로부터 자유로울 수 없다.

따라서 저열량식과 운동으로 질 좋은 미토콘드리아를 많이 만들어야 한다. 고성능 미토콘드리아가 많이 생성되면 내장지방이 줄어들기 시작하고 대사증후군을 막는 아디포넥틴이 혈액으로 점점 더 많이 분비된다.

이와 연동해 활성산소를 제거하는 유전자나 줄기세포 노화를 억제하는 유전자, 수명을 늘리는 시르투인 유전자 등이 발현된다.

※참고＝’당신 안의 장수유전자를 단련하라’(쓰보타 가즈오 지음ㆍ전나무숲 발간)

[이병문 의료전문 기자]

출처 : 매경헬스(http://www.mkhealth.co.kr)

텔로미어

#Telomere #노화 #유전자 #DNA #텔로머레이즈 #텔로머라아제 #Q-FISH #TRAP #Cattle #Telomerase #Aging #Genes #Stress response

2024.04.08

텔로미어(telomere) 또는 말단소립 (末端小粒)은 염색체의 끝부분에 있는 염색 소립으로 세포의 수명을 결정짓는 역할을 한다. 이것은 즉 세포시계의 역할을 담당하는 DNA의 조각들이다. 텔로미어는 그리스어의 '끝'(τἐλος, telos)과 '부위'(μέρος, meros)의 합성어다. 세포분열이 일어나는 동안에 염색체와 DNA를 복제하는 효소는 염색체의 끝부분으로 복제를 계속할 수 없다. 텔로미어가 없는 상태로 세포가 분열된다면 세포에 관한 정보가 들어있는 염색체의 끝부분이 소실될 것이다. 텔로미어는 염색체의 끝부분을 막고있는 분해되지 않는 완충지역이라 할 수 있다. 하지만 세포가 분열되면서 텔로미어는 소실되며 텔로머레이스라는 역전사효소에 의해 보충된다.

출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%85%94%EB%A1%9C%EB%AF%B8%EC%96%B4

텔로미어 발견

1970년대 초, 러시아 이론가 알렉세이 올로브니코프(Alexei Olovnikov)가 그 자신의 끝 부분을 완전하게 복제해내지 못하는 염색체들을 발견했다. 이 발견과 헤이플릭(Hayflick)의 개념에 기초하여 DNA의 일부는 세포의 수명이 끝날 때까지 DNA 복제 시 계속 소실될 것이라 가설을 세웠다. 그러나, 그의 예상은 세포 노화와 불멸화에 대해 연구하는 일부 연구자에게만 알려졌다. 1975년에서 1977년 사이에 엘리자베스 블랙번(Elizabeth Blackburn)는 단순히 염색체 말단을 구성하는 DNA 조각을 가지고 비범한 텔로미어의 특성을 발견했다. Blackburn과 Carol Greider, 그리고 Jack Szostak은 염색체가 어떻게 텔로미어와 텔로머레이스 효소에 의해 보호되는지 밝혀 노벨상(Physiology of Medicine)을 수상했다. 그럼에도 불구하고, 1970년대에는 텔로미어가 줄어드는 메커니즘이 보통 세포 분열 횟수에 제한을 둔다는 인식은 전혀 없었을 뿐만 아니라, 이러한 현상이 세포 노화에 큰 영향을 줄 것이라고 제시하는 연구도 없었다. 또한, 그 메커니즘이 수명을 제한 시킨다는 인식도 없었다. 이후, 생명공학 기업인 Geron이 세포 노화에서 텔로미어 축소에 어떻게 영향을 미치는지 밝히기 위해 RNA와 텔로머레이스에 대하여, 세포 불멸화(cell immortalization) 상태에서 텔로머레이스의 재활성화에 대해 지속적으로 투자를 했다.

출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%85%94%EB%A1%9C%EB%AF%B8%EC%96%B4

텔로미어의 작용

텔로미어의 길이는 종에 따라서 매우 다양하다. 효모에서는 300~600개의 염기쌍으로 이루어져있고, 인간의 경우 수 킬로베이스(DNA 등 핵산 연쇄의 길이 단위)로 이루어져 있다. 인간의 경우 텔로미어의 길이가 짧아짐에 따라서 세포분열을 막는 노화현상을 유발할 수 있다. 텔로미어는 6개(인간의 경우)의 특이적인 DNA 염기서열이 수백에서 수천 번 반복되며, 염색체의 말단에 위치하고 있어서 세포가 분열할 때 염색체가 분해되는 것을 막아준다. 텔로미어의 특징을 살펴보면, 세포가 한 번 분열할 때마다 염색체 말단으로부터 50~200개의 텔로미어 DNA 뉴클레오타이드를 잃어버린다. 텔로미어의 길이가 짧아질수록 세포가 늙었다는 것을 의미한다. 그렇기 때문에 여러 차례 세포분열을 하면서 대부분의 텔로미어 DNA가 손실되면 세포는 세포분열을 멈춘다.

출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%85%94%EB%A1%9C%EB%AF%B8%EC%96%B4

텔로머레이스

손실되는 텔로미어의 DNA를 복구하는 효소가 존재하는데 그것을 텔로머레이스(말단소립 복제효소, telomerase)라고 한다. 이 효소 덕분에 세포가 분열해도 텔로미어의 길이를 어느 정도의 길이로 유지할 수 있다. 효소가 지나치게 활성화되면 세포가 계속 분열할 수 있다. 진핵 세포로 이루어진 생물체에서 텔로머레이스가 활발한 세포는 소장 내부의 표피세포(상피세포), 골수세포, 암세포 등이다. 소장 내부의 표피세포는 끊임없이 음식물, 체액과 접촉하면서 상처를 입거나 떨어져 나가곤 한다. 하지만, 활성화된 텔로머레이스에 의해서 세포분열이 지속적으로 일어나면서 상처 입거나 떨어져 나간 표피세포를 보충할 수 있는 것이다. 텔로머레이스는 텔로미어의 DNA 염기서열과 상보적인 염기쌍을 가지는 RNA를 이용하여 텔로미어 DNA를 만들어내는 일종의 역전사 효소를 만들어 낼 수 있다. (RNA의 상보적인 염기쌍 : C(Cytosine)-G(Guanine), A(Adenine)-U(Uracil)) 예를 들어서 역전사효소의 RNA의 염기서열이 AAUCCC이면 TTAGGG를 갖는 텔로미어 DNA염기서열이 만들어지는 것이다. 이와 같은 방법으로 텔로머레이스는 염색체 말단의 텔로미어의 길이가 짧아지지 않도록 해준다.

출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%85%94%EB%A1%9C%EB%AF%B8%EC%96%B4

주요 출원인* 관련 특허 수가 많은 출원인입니다.

Geron Corporation (특허 : 7건)
The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University (특허 : 7건)
Duke University (특허 : 6건)

연구자* 관련 논문 수가 많은 발명자입니다.

박래경 Park, Nae-Kyeong 순천향대학교Burn scar, Calcification, Chronic renal failure, Congenital, Cyst, Developmental, Heterotopic ossification, Laurence Moon-Bardet Biedl Syndrome, Nasolabial, Skin graft
정희용 Chong, H.Y. 한양대학교Adaptive Response, Axial displacement, HSP25, Inducible HSP70, Optical disc drive, Power loss, Windage loss, p27CIP/KIP, 소모 전력, 틸팅 각운동
톰슨 앤드류 에스