바이오인

2020 바이오미래유망기술(상)

조직 내 노화세포 제거기술 연구개발 동향 및 전망

한국생명공학연구원 노화제어연구단 양용렬

1. 개요

가. 신체노화와 세포노화

세포는 무한히 증식할 수 없는 제한된 능력을 가지고 있다. 따라서 정해진 회수의 세포분열 후에는 증식 능력이 떨어서 비가역적인 증식 정지기에 들어가게 된다. 이를 세포노화(senescence)라고 한다. 이러한 정지한 노화세포는 외부자극이 있더라도 세포주기를 시작하지 않는다.

생물학적 노화는 나이가 듦에 따라 이러한 비정상적인 노화세포가 축적되어 신체 기관의 기능이 저하되는 것을 말한다. 정상적인 기관에서는 손상된 세포는 제거되고 줄기세포로부터 증식 분화한 새로운 세포로 대체되는데, 노화된 세포는 이러한 세포 손상에 대처하는 능력이 저하되고 항상성 유지가 어려워 정상적인 생리 기능이 불가능해진다. 그 결과 신체노화가 일어나고 노인성 질환 발병의 위험도가 높아지게 된다.

세포노화 원인은 무엇일까? 신체는 다양한 외부 자극과 스트레스에 노출되어 있다. 따라서 시간이 따른 세포 손상의 축적이 세포의 노화를 유발한다고 알려져 있다. 이 때문에 세포의 손상을 일으키는 요인이 세포노화의 원인으로 생각할 수 있다.

세포수준에서 일어나는 일차적인 원인으로는 유전체의 불안정성, 텔로미어 감소, 후성유전학적 변화, 단백질 균형의 상실로 알려져 있다. 세포는 이러한 일차적인 원인으로 인해 영양소 감수성이 감소하고 미토콘트리아의 기능장애가 유발되어 결국 세포가 노화된다.

나. 노화세포 특징

세포의 노화는 기본적으로 세포주기가 정지된 상태로 간주해 왔다. 그러나 세포 노화도 몇 단계를 거치는 과정을 통해 노화세포가 된다. 세포 손상에 의해서 노화과정이 시작되면 p53, p16, p21 등과 같은 단백질 조절에 의해서 세포주기가 정지된다.

이후 초기단계에는 염색질의 리모델링이 일어나고 세포 모양이 납작해지고 커지며, 미토콘드리아 대사 증가, 자가포식작용(autophagy)등의 증가, 노화연관 분비표현형(senescence-associated secretory phenotype, SASP), senescence-associated β-galactosidase(SA β-gal) 발현 등 노화 프로그램이 작동된다.

이러한 상태가 지속되고 더 많은 손상을 받으면 마지막 단계인 만성적 노화세포가 되어 주변 환경에 많은 악영향을 미쳐 다양한 노화표현형을 유발하게 된다.