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Ash-2 단백질의 차단으로 선충의 수명을 30%나 연장

Ash-2 단백질의 차단으로 선충의 수명을 30%나 연장
KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-06-22
스탠포드대학 의학부의 과학자들이 선충의 수명 결정에 관여하는 새로운 단백질 그룹을 발견했다. 이들 단백질 중에서 하나인 Ash-2를 차단하는 경우에는 회충의 수명이 30%나 증가했다고 한다. 이들 단백질들은 원래 선충의 생식계통에서 역할을 수행하기 때문에 연구팀은 번식과 수명연장 사이의 흥미로운 연결고리가 있을 것으로 생각하고 있다. 특히 연구팀은 이 단백질이 에피제네틱스(Epigenetics)이라 불리는 DNA와 이를 둘러싸는 단백질들에서 발생하는 미세한 화학적 변형에 관여하는 것을 확인했다. 에피제네틱스에서는 유전암호의 변화 없이 환경의 변화 등에 반응하여 특정 유전자 발현이 침묵하는 방식으로 기능의 변화가 이루어진다. 연구를 주도한 Anne Brunet 교수는 “여기서 우리는 에피제네틱 변화가 생명체의 수명에 영향을 준다는 것을 확인했다. 그러나 이러한 영향은 온전한 생식계에서만 발생한다.”라고 밝혔다. 이번 연구결과는 6월 16일자 ‘Nature’에 발표되었다.

Caenorhabditis elegans로 알려진 선충은 많이 이용되는 실험 동물이다. 이들은 쉽게 키울 수 있고 수명이 4주 정도이기 대문에 수명연구에 좋은 모델이다. 지금까지 여러 기술적인 이유로 과학자들은 수명 연구에서 생식능을 없앤 선충을 이용했다. 그러나 연구팀은 수명에서 에피제네틱스 변화의 영향을 밝히기 위해서는 생식능을 갖춘 선충이 적합하다고 생각했다. 그 이유는 다른 연구팀의 여러 결과에서 생식능이 수명 연장에 간접적으로 관련되어 있는 것으로 보고되었기 때문이다. 연구팀의 Greer 박사는 RNA 간섭이라는 기술을 이용하여 생식능을 갖춘 선충의 에피제네틱 상태에 영향을 주는 특정 유전자 발현들을 하나씩 차단했다. 이들 여러 유전자 중에서 Ash-2의 발현을 차단했을 때에 선충의 수명이 30%나 증가했다고 한다. Ash-2의 기능은 메틸전환효소(methyltransferase)를 만드는 것이다. 이 효소는 다른 단백질에 메틸 그룹이라는 화학 꼬리표를 붙이는 과정에 참여한다. 이 화학 꼬리표가 있느냐 없느냐가 DNA가 히스톤(histone)에 강하게 결합한 상태로 있는지 아니면 풀려서 유전자 발현을 가능하게 하는지를 결정한다고 한다. Ash-2 활성을 저해하면 히스톤에 메틸 그룹의 숫자가 감소하고, 이에 따라서 DNA로의 접근이 어려워지고 선충의 수명이 30%나 증가하게 된다고 한다. 반대로 이들 메틸 그룹을 제거하는 효소에 해당하는 Rbr-2라는 유전자 발현을 차단하면 선충의 수명이 15~25%나 짧아졌다고 한다. 이들 유전자 모두를 차단할 경우에는 수명이 아주 조금 짧아졌다고 한다.

히스톤에 메틸 그룹이 얼마나 있는가가 수명 연장에 중요하다는 것은 분명하다. 그러나 왜, 그리고 어떻게 이들이 결정되는가에 대해서는 여전히 의문이 발생한다. 연구팀은 Ash-2가 생식질 또는 생식계 세포 및 새롭게 만들어진 알에서 과다 발현되는 것을 발견했다. 이들 세포들은 메틸 그룹의 수치도 높았다고 한다. 연구팀은 생식계 세포가 결실된 선충에서 Ash-2 발현을 차단해도 수명이 연장되지 않는 것을 확인했으며, 이는 완벽한 생식질이 Ash-2가 수명을 연장시키는데 필수적임을 제시하고 있다고 밝혔다. 추가 연구에서 Ash-2 활성은 생식질 세포의 성체의 수명에 관련된 유전자를 포함하여 여러 유전자 발현에 영향을 주는 것으로 나타났다. 선충의 생식질의 Ash-2 발현은 차단하고 다른 부위는 그대로 두는 경우에도 수명이 연장되었으며 성숙한 알에서도 동일한 효과가 확인되었다. Brunet 교수는 “우리는 이들이 어떤 기작으로 작용하는지는 정확히 알지는 못하다. 그렇지만 생식질의 존재 여부가 수명 연장에 핵심적이라는 것은 확인했다.”라고 강조했다.

연구팀은 동물의 수명주기에서 히스톤의 메틸화 정도를 모니터링 한다는 계획을 갖고 있다. 그 이유는 에피제네틱 변화는 가역적이기 때문에 선충의 일생에서 이들의 발현에 밀물과 썰물과 같은 상태가 있을 것으로 생각되기 때문이다. 또한 연구팀은 칼로리 제한과 같은 환경적 요인들이 히스톤의 메탈화를 통한 수명 연장에 어떤 영향을 끼치는지도 연구한다고 한다. Brunet 교수는 이번 연구가 선충을 대상으로 이루어졌으며 사람에 대해서도 과도한 추측은 옳지 못하다고 지적했다. 또한 그는 “이들 메틸 그룹 표지는 생식에 직접적인 영향을 끼치지는 않지만 인체의 다른 부분과 의사소통을 하여 생명체 전체에 영향을 주는 것으로 생각된다. 또한 Ash-2 결손에 의해서 활성화되는 유전자들과 다른 요소들과 함께 수명 연장에 관여하는 것으로 생각된다.”라고 밝혔다.

그림설명: 1. 선충의 수명 조절에서 히스톤 메틸화를 통한 Ash-2, WDR-5, SET-2의 기능, 2. Rbr-2의 히스톤 메틸화에 대한 반대 효과, 3. 생식질에서 히스톤 메틸화를 통한 선충의 수명연장
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출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2010/06/100616133319.htm

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