배양된 인간 세포들에서 노화 시계를 돌리는 말단 소립 연장

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-27

요약: 과학자들에 따르면, 새로운 과정이 노화와 질병과 연관된 염색체의 끝에 있는 보호성 모자인 인간 말단소립(telomeres)의 길이를 빠르고 효율적으로 늘릴 수 있다. 그림. 노인의 손. 새로운 과정에 의해서 길어진 말단 소립을 가진 피부 세포들은 처리하지 않은 세포들보다 40배까지 더 많이 분열할 수 있었다. 이 연구는 짧아진 말단 소립으로 인해서 발생하는 질병들을 치료하는 새로운 방법들을 암시할지도 모른다. 스탠포드대 의대(Stanford University School of Medicine)에 있는 과학자들에 따르면, 새로운 과정이 노화와 질병들과 연관된 염색체의 끝에 있는 보호성 캡인, 인간 말단 소립의 길이를 빠르고 효율적으로 늘려줄 수 있다. 처리된 세포들은 그것들이 처리하지 않은 세포들보다 훨씬 더 어린 것처럼 거동해서, 침체되거나 죽기 보다, 실험실 접시에 놓여졌을 때 증식한다. RNA의 변형된 종류의 사용과 연관된, 그 과정은 약물 개발이나 연구를 위해 많은 수의 세포들을 만들기 위한 연구자들의 능력을 향상시킬 것이라고 이 과학자들은 말했다. 그 처리 과정에 의해서 길어진 말단 소립을 가진 피부 세포들은 처리하지 않은 세포들보다 40배까지 더 많이 분열할 수 있었다. 이 연구는 짧아진 말단 소립에 의해서 생기는 질병들을 치료하는 새로운 방법들을 암시해줄지도 모른다. 말단소립은 우리의 게놈을 수용하는 염색체라고 불리는 DNA의 가닥들의 끝에 있는 보호성 모자이다. 젊은 사람들에서, 말단 소립들은 약 8,000~10,000 뉴클레오티드(nucleotides) 길이이다. 그러나 그것들은 각각의 세포 분열과 함께 짧아지고 그것이 임계 길이에 달하면 그 세포는 분열하는 것을 멈추거나 죽는다. 이 내부 “시계”는 실험실에서 몇 번의 세포 배가 이상으로 대부분의 세포들을 계속해서 자라게 하는 것을 어렵게 한다. ‘내부의 시계를 되돌리기’ “이제 우리는 인간 말단 소립을 1000 뉴클레오티드만큼 연장시켜서, 인간 생애의 몇 년과 동등한 만큼 이들 세포들에서 내부 시계를 되돌리는 방법을 찾았다”고 스탠포드의 미생물학과 면역학 교수이며 그 대학의 박스터줄기세포생물학연구소(Baxter Laboratory for Stem Cell Biology)의 책임자인 Helen Blau는 말했다. 이 연구를 기술한 논문은 FASEB Journal에 오늘 실렸다. 도날드 E. 델리아 B. 박스터 교수직(Donald E. and Delia B. Baxter Professorship)도 가지고 있는 Blau가 선임 저자이다. 스탠포드대의 박사후 연구원인 John Ramunas가 휴스턴감리교연구소(Houston Methodist Research Institute)의 Eduard Yakubov와 공저했다.  이 연구자들은 변형된 전령 RNA를 이용해서 말단 소립을 연장시켰다. RNA는 DNA에 있는 유전자들로부터의 지시를 그 세포의 단백질을 만드는 공장들로 나른다. 이 실험에서 사용된 RNA는 말단 소립이라고 불리는 자연적으로 발생하는 효소의 활성 성분인, TERT를 위한 암호 서열을 포함했다. 말단 소립 복원 효소는 이들 세포들의 말단 소립이 다음 세대를 위해 최상의 상태에 있도록 확실히 하기 위해서, 정자와 난자를 만드는 것들 포함해서 줄기 세포들에 의해서 발현된다. 그러나, 대부분의 다른 종류의 세포들은 매우 낮은 수준의 말단 소립 복원 효소를 발현한다. 일시적인 영향과 이점  이 새롭게 개발한 기술은 다른 잠재적인 방법들에 비해서 중요한 이점을 가진다: 그것은 일시적이다. 그 변형된 RNA는 치료에 대한 그 세포의 면역 반응을 줄이고 TERT를 암호화하는 메시지가 변형되지 않은 메시지가 하는 것보다 약간 더 오래 남게 해주도록 고안되었다. 그러나, 그것은 약 48시간 안에 소멸되어 사라진다. 그 이후에는, 새롭게 연장된 말단 소립들이 각각의 세포 분열과 함께 계속해서 다시 짧아지기 시작한다. 이러한 일시적인 효과는 어느 정도 정류장으로 서서히 타성으로 가고 있는 일단의 차들 중의 하나에서 가속 페달을 누르는 것과 같다. 에너지의 추가적인 급증을 가진 그 차는 다른 차들보다 더 멀리 갈 것이지만, 여전히 앞으로 나아가는 탄력을 다 쓴 후에는 궁극적으로 멈추게 될 것이다. 생물학적인 수준에서, 이것은 처리한 세포들이 무제한으로 분열하지 않을 것이라는 것을 의미하는데, 이것은 너무 위험해서 암의 위험성 때문에, 사람에서 잠재적인 치료제로서 그것들을 사용할 수 없게 할 것이다. 연구자들은 며칠의 기간에 걸쳐서 변형된 RNA를 세 번 응용하는 것이 배양된 인간 근육과 피부 세포들에서 말단 소립의 길이를 상당히 늘릴 수 있다는 것을 발견했다. 1,000개의 뉴클레오티드 추가는 말단 소립의 길이에서 10퍼센트 이상의 증가를 나타낸다. 이들 세포들은 처리하지 않은 세포들보다 배양 접시에서 훨씬 더 많이 분열했다: 피부 세포들은 약 28배 그리고 근육 세포들은 약 3배. “우리는 TERT가 엄격히 조절되고 말단 소립 복원효소의 또 다른 구성성분에 결합해야 하기 때문에 그 변형된 TERT mRNA가 효과가 있다는데 놀라고 기뻤다”고 Ramunas는 말했다. “mRNA를 암호화하는 TERT를 전달하기 위한 이전의 시도들은 말단 소립 복원효소에 대항하여 면역 반응을 일으켰는데, 이것은 해로울 수 있다. 대조적으로, 우리의 기술은 면역반응을 일으키지 않는다. 말단 소립을 연장시키는 기존의 일시적인 방법들은 느리게 작용하는 반면에, 우리의 방법은 단지 며칠에 작용해서 보통의 노화의 한 세기 이상에 걸쳐서 일어나는 말단 소립 단축을 역전시킨다. 이것은 우리의 방법을 이용하는 치료가 짧고 빈번하지 않을 수 있다고 암시한다. 치료를 위한 잠재적인 사용 “이 새로운 접근법은 노화의 질병을 예방하거나 치료하는 것을 향한 길을 닦아준다. 그러한 잠재적인 치료로 도움을 받을 수 있는 말단 소립 단축과 연관된 매우 유전 질환들도 있다”고 Blau는 말했다. Blau와 그녀의 동료들은 그녀의 실험실에서의 이전의 연구가 듀켄씨근이영양증(Duchenne muscular dystrophy)을 가진 소년들의 근육 줄기 세포들이 그 질병을 가지지 않은 소년들보다 훨씬 더 짧다는 것을 보여주었을 때 말단 소립에 관심을 가지게 되었다. 이 발견은 새로운 근육을 만드는데 세포들이 어떻게 기능하는—또는 기능하지 않는—지를 이해하는데 중요할 뿐만 아니라, 또한 연구를 위한 실험실에서 세포들을 키우는 제한적인 능력을 설명하는 것을 돕는다.  이 연구자들은 이제 다른 종류의 세포들에서 그들의 새 기술을 시험하고 있다. “이 연구는 세포 치료를 향상시키고 아마도 인간에서 가속화된 노화의 질병을 치료하기 위한 말단 소립 연장의 개발을 향한 첫 단계”라고 John Cooke는 말했다. 이 연구의 공저자인 Cooke은 이전에 스탠포드대의 심혈관의학 교수였다. 그는 이제 휴스턴감리교연구소의 심혈관 과학의 책임자이다. “우리는 이 접근법이 더 일반적으로 쓸모 있게 하기 위해서 세포 종류들 사이에서 차이와, 그러한 차이들을 우리가 어떻게 극복할 수 있는지에 대해서 더 많이 이해하기 위해서 일하고 있다”고 스탠포드 줄기세포 생물학 및 재생의학 연구소의 일원인 Blau는 말했다. “미래에 예를 들어 말단 소립을 연장시키기 위해서, 듀켄씨 근이영양증를 가진 환자들에서 근육 줄기 세포들을 표적으로 하는 것이 가능할지도 모른다. 또한 당뇨와 심장질환과 같은 노화의 질환을 치료하기 위해서 중요할 것이다. 이것은 정말로 이 치료의 모든 종류의 잠재적인 이용을 고려하기 위한 문을 열어주었다”고 Blau는 언급했다.  Journal Reference: J. Ramunas, E. Yakubov, J. J. Brady, S. Y. Corbel, C. Holbrook, M. Brandt, J. Stein, J. G. Santiago, J. P. Cooke, H. M. Blau. Transient delivery of modified mRNA encoding TERT rapidly extends telomeres in human cells. The FASEB Journal, 2015; DOI: 10.1096/fj.14-259531 Telomere.jpg http://www.sciencedaily.com/releases/2015/01/150123102539.htm