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핵심내용

1mm 벌레에서 건강한 노년의 힌트를 얻다!
- IBS 식물노화·수명연구단, 건강수명 예측하는 운동력 측정 -

◇ 노화에 따라 느려지는 순간최고운동속도 이용해 남은 건강수명 예측
 - 예쁜꼬마선충의 고유한 운동능력 알 수 있는 순간최고운동속도 측정법 개발
 - 노화에 따른 운동능력 저하를 조절해 건강한 노화 유전자 발굴 응용 기대

□ 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 식물노화·수명연구단(단장 남홍길)이 미국 프린스턴대학 연구진과 공동으로 예쁜꼬마선충*1)의 노화에 따른 운동성 저하를 측정해 남은 건강수명2)을 예측하는 유용한 지표를 개발했다.

  o 순간최고운동속도**3) 감소를 이용해 노화에 따른 신체기능 쇠퇴를 평가하는 방식으로 남은 수명에 대한 신뢰성 있는 정보를 제공, 건강한 노화에 관여하는 유전자 발굴에 기여할 것으로 기대된다.

＊예쁜꼬마선충(C. elegans) : 몸길이 1mm 정도의 선충류. 세포 수가 1,000여개로 적고 생애주기가 짧아 실험에 용이하다. 사람과 유전정보적 특성이 유사해 노화, 발생, 신경질환 연구에 많이 활용된다.
**순간최고운동속도(Maximum Velocity, MV) : 특정주기에 있는 예쁜꼬마선충의 움직임을 일정 온도와 습도 조건에서 CCD 카메라를 이용해 매 24시간마다 30초간 초당 30 프레임의 속도로 촬영, 가장 빠른 속도를 추출한 것

□ 연구진은 선충의 순간최고운동속도가 성체가 된 후 6일째부터 예외 없이 느려지는 것을 관찰하여, 순간최고운동속도가 노화에 따른 신체기능 저하의 지표가 될 수 있음을 확인했다.
  o 선충의 순간최고운동속도는 노화가 진행되면서 일정 수치를 유지하다가 한 번 일정 수치 이하로 떨어지면 다시 회복하지 못했다. 마치 탄성을 잃어버린 용수철처럼 운동능력이 감소하는 것이다.
  o 특히 9일째 순간최고운동속도가 남은 수명을 예측할 수 있는 신뢰성 있는 지표가 될 수 있는 것으로 파악됐다. 9일째 순간최고운동속도가 빠른 그룹(초당 0.22 밀리미터 이상 이동)과 그보다 느린 그룹의 평균 수명이 각각 약 23일과 17일 가량으로 35% 가량 차이를 보였기 때문이다.
  
□ 특히 순간최고운동속도는 평균이동속도나 인두 부분의 움직임 횟수 같은 기존 운동성 지표보다 수명과의 연관성이 더 높은 것으로 나타났다. 
  o 주변 환경의 영향을 배제할 수 있어 선충의 고유한 유전적 운동능력 평가에 더 적합하기 때문이라는 설명이다.
  
□ 한편 일반 선충 보다 장수하는 돌연변이(인슐린 수용체(DAF-2)4) 제거)가 노화가 진행됨에도 불구, 순간최고운동속도가 일정 수준으로 유지되는 것을 관찰했다. 이를 통해 단순한 수명연장이 아닌 건강수명(healthspan, 신체적으로 건강하게 살아가는 기간) 연장 효과를 확인했다.
  o 남홍길 단장(DGIST 뉴 바이올로지 전공 펠로 교수)은 “건강한 수명 연장을 가능케 하는 인슐린 신호전달 체계5)는 예쁜꼬마선충부터 인간에 이르기까지 진화적으로 잘 보존되어 있어 향후 사람의 건강한 노화를 위한 연구에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

□ 이번 연구는 식물노화·수명연구단 연구팀이 프린스턴대 콜린 머피(Coleen T. Murphy) 박사 등 연구팀과 공동으로 수행했으며 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.47)5) 11월 20일자 온라인판에 게재되었다. 

상세내용

연 구 결 과 개 요

C. elegans maximum velocity correlates with healthspan andis maintained in worms with an insulin receptor mutation
Jeong-Hoon Hahm, Sunhee Kim, Race DiLoreto, Cheng Shi, Seung-Jae V. Lee,Coleen T. Murphy, Hong Gil Nam
(Nature Communications, XXXXXXX)

노화 및 수명 조절에 관여하는 유전자를 찾기 위한 연구는 수명연장을 위한 인류의 오랜 숙원이다. 하지만 수명연장이 곧 건강한 노화를 의미하는 것은 아니다. 수명의 양보다 수명의 질이 더욱 중요하며 단순한 수명이 아닌 건강수명 조절에 관한 연구가 필요한 실정이다.

연구진은 오랜기간 식물의 노화와 생애주기 연구하며 노화과정에서의 생리적 기능의 변화 조절에 초점을 맞춰 연구하였다. 이러한 아이디어를 동물 노화과정에 적용하여 동물 노화 연구 모델인 예쁜꼬마선충을 이용해 노화정도에 따른 운동능력의 변화를 측정하는 새로운 방법을 개발하였다. 또한 이를 통해 예쁜꼬마선충의 남은 수명을 예측하는 기술을 개발하였다.

사람의 신체능력 측정에 쓰이는 기술인 SPPB (Short Physical Performance Battery) 테스트를 응용한 순간최고운동속도(Maximum Velocity) 측정법을 연구에 활용했다. 기존 평균운동속도 측정법과 달리 주변 환경의 영향을 배제함으로서 운동성 변화를 더 정확하게 측정할 수 있다.

 연구진은 선충의 운동능력이 노화정도에 따라 순차적으로 감소되며, 감소되는 정도가 남은 수명을 예측할 수 있는 척도가 될 수 있음을 확인하였다. 또한 순간운동 능력의 감소는 근육세포 내 미토콘드리아의 형태 및 기능 유지와 밀접한 관련이 있음을 밝혔다. 미토콘드리아의 형태가 붕괴되면서 기능 유지에 영향을 끼치면서 운동능력이 저하된 것이다.

  더 나아가 연구팀은 순간최고운동속도 측정법을 활용해 최근 단순한 수명의 연장만인지, 건강하게 오래 사는지에 대해 논란이 된 daf-2 돌연변이 선충에서 인슐린 신호전달 체계가 실제로 건강수명 연장을 조절한다는 것을 새롭게 입증하였다.

인슐린 신호전달 체계는 대표적으로 잘 알려진 노화 조절체계로서 선충에서부터 사람에 이르기까지 그 기능이 잘 보존되어 있으므로 향후 사람의 노화 및 건강수명 연구에도 크게 기여할 것으로 기대된다. 또한 연구진이 개발한 순간최고운동속도 측정법은 기존에 보고된 장수 유전자들의 건강노화 측면에서의 역할을 재규명하는데도 크게 기여할 것으로 예상된다.

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