노화된 심장이 젊어질 수 있다?

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-05-14

늙은 심장을 젊고 건강하게 만들 수 있는 연구 방법이 제시되었다. 100년 전 개발되기는 했지만, 현재 거의 사용되지 않는 기술을 이용하여, 혈액매개 단백질이 쥐의 늙은 심장을 젊고 건강하게 만들 수 있다는 것을 연구진은 발견하였다. 본 기술이 인간에게 적용 가능한지는 아직 미지수이지만, 본 기술을 이용하여 인간에게 가장 좌절감을 안기는 심장병 중 하나에 대한 치료법을 개발하기를 과학자들은 바라고 있다. “본 연구는 아마도 심장을 젊게 하거나 늙게 만드는 대상에 대한 첫 번째 연구일 것”이라고 본 연구에 참여하지 않은 샌프란시스코의 글래드스톤 심혈관질환 연구소(Gladstone Institute of Cardiovascular Disease) 심장병 전문의 디팍 스리바스타바(Deepak Srivastava)는 말했다. 심장 근육은 노화될수록 두꺼워진다. 두꺼워진 심장도 정상적으로 혈액을 공급할 수 있지만, 혈액 공급 과정에서 충분히 이완되지 않는 문제점이 있다. 본 상태는 심장 이완을 뜻하는 디에스톨릭(diastolic) 시기의 이름을 따서 이완압성심부전증(diastolic heart failure)이라고 명명한다. 현재 기술로는 두꺼워진 심장을 얇게 만들거나 정상적인 기능으로 회복시키는 치료법이 전무한 상태이다. 연구자들은 이러한 심장 기능을 젊게 만드는 방법을 찾고자 연구에 매진하고 있다. 이러한 노력 중 하나로, 연구자들은 늙은 쥐에게 젊은 쥐의 혈액을 주입하는 150년 전 기술을 제기하였다. 비동시성 병체결합(heterochronic parabiosis)이라는 방법은 나이가 다른 두 쥐들의 순환기관을 수술적으로 연결하는 것을 말하며, 이로써 두 개체는 동일한 혈액 공급 시스템을 가지게 된다. (본 기술은 100년도 더 전에 동물들 사이에서의 영양분 교환 연구를 위해 개발되었다.) 기존 연구에서 젊은 쥐의 혈액을 공급받은 늙은 쥐의 근육이 더 건강해지고, 강한 치유가 된다는 것을 발견한 바 있다. 그러나 아직까지 심장 근육이 골격근육 또는 피부와 같은 회복력을 가질지는 불분명하다. 본 효과를 통해 늙은 쥐가 회복된 만큼 젊은 쥐의 줄기 세포가 그 능력을 상실할 수 있다. 하버드 줄기세포 연구소(Harvard Stem Cell Institute) 줄기 세포 생물학자 아미 와거스(Amy Wagers)와 심장병 전문의 리차드 리(Richard Lee)는 젊은 쥐 혈액의 호르몬과 같은 어떤 순환 요소가 심장 노화와 관련이 있을지에 대해 의문을 가졌다. 와거스와 리는 동료연구원들과 함께 쥐 연령을 고려할 때 아주 늙은 쥐에 속하는 2년 된 쥐들과 태어난 지 두 달 된 쥐들 5쌍을 병체결합을 이용하여 연결하였다. 이에 대한 대조군으로 12쌍의 늙은 쥐들과 10쌍의 젊은 쥐들을 각각 병체결합시켰다. “첫 번째 결과는 명백하게 양성(positive)이었다. 실험 4주가 지나자 젊은 쥐들과 병체결합한 늙은 쥐들의 심장 근육이 생후 2개월된 쥐들만큼 얇고 유연해졌다. 즉, 늙은 쥐들의 심장은 젊어졌고, 젊은 쥐들의 심장도 여전히 강한 상태를 유지하였다”고 보스턴의 브리검앤워먼스 병원(Brigham and Women`s Hospital, BWH)에 근무하는 리는 말했다. 그러나 연구팀은 상기 현상에 대한 이유를 찾는데 몇 년을 소비하였다. 리와 와거스는 매주 자전거를 타는 여가 시간에도 본 문제에 대해 종종 대화를 나누곤 했다. “분명 심장 노화와 관련된 어떤 요소가 있을 것이다. 아직 발견하지는 못했지만, 늙은 조직을 젊게 바꾸는 어떤 순환요소가 분명 존재할 것”이라고 리는 말했다. 이를 해결하기 위해 연구진은 혈액에 존재하는 69개의 아미노산과 100개가 넘은 리피드를 조사하기 시작하였다. 단백질 분석 회사인 소마로직(SomaLogic)의 도움으로, 연구팀은 용의 대상을 13개의 요소로 좁힐 수 있었다. 기적과 같은 심장 원기 회복을 설명할 수 있을 것으로 기대되는 용의 대상 중 하나는 성장분화요소 11(growth differentiation factor 11, GDF-11)이다. 척추와 후각 수용체의 성장을 관장하는 GDF-11은 젊은 쥐에서 풍부하게 생성되지만, 노화에 따라 생성량이 줄어든다. 이를 검증하기 위하여 연구진은 GDF-11의 기능을 멈추게 하도록 유전자를 조작한 쥐를 이용하여, 노화에 따라 심장 두께가 두꺼워지는지에 대해 심장 세포 배양 실험을 계획하고 있다. 연구진은 본 연구 결과를 2013년 5월 9일 “생후 30일 된 젊은 쥐의 단백질을 투여한 늙은 쥐, 심장 근육 강화(old mice injected with this protein for 30 days developed younger, stronger heart tissue)”라는 제목으로 세계적으로 저명한 생물학저널인 셀(Cell)지에 게재하였다. 연구진은 GDF-11이 심장 근육을 두껍게 하는 원인이 되는 유전자에 직접적으로 대응한다고 말했다. “본 연구는 쥐를 이용한 것으로 매우 흥미롭지만, 우리는 본 데이터를 분석하여 인간에게 적용할 수 있기를 기대한다. GDF-11은 인간 혈액에도 존재하지만, 그 역할은 아직 분명히 밝혀지지 않은 상태”라고 연구진은 덧붙였다. 연구진은 향후 GDF-11이 척추 조직 등 다른 노화 관련 기관에 어떤 영향을 미치는지에 대해 연구할 계획이다. “현재까지 GDF-11이 노화에 따른 심장 질환에 대응하는 효과를 가진다고 알려져 있지만, 향후 연구를 통해 심장마비에 의해 경직된 심장 근육을 이완시키는 데도 활용할 수 있기를 기대한다”고 스리바스타바는 말했다. “본 연구는 18세기에 개발된 병체결합 기술을 21세기 분자 생물학에 적용한 사례로, 접근 방식이 섬뜩하면서도 매우 흥미롭다. 어쩌면 팀 버튼(Tim Burton) 감독이나 배우 빈센트 프라이스(Vincent Price)가 본 실험의 일부를 설계했다고 할 수 있지 않을까”라고 워싱턴 대학교(Washington University) 심장병 전문의 제랄드 돈(Gerald Dorn)은 말했다. 1. 출처: ScienceNOW (May. 9, 2013) 2.그림설명: 젊은 심장. 심장. 쥐의 심실 단면도를 보면 늙은 쥐가 젊은 쥐의 혈액을 공급받았을 때 크기가 변함을 분명히 알 수 있다. (제공: 프란세스코 로프레도) Young-old mice.png http://news.sciencemag.org/sciencenow/2013/05/macabre-technique-turns-old-mous.html?ref=hp