바이오인

[BRIC View 동향리포트]

노화와 신경질환 상관관계의 이해 및 동향 보고서

김근영(예일대학교 약학대학 유전학과)

요약문

‘노화’란 세포나 조직에서 발생한 손상이 축적되면서 세포의 기능이 감소 혹은 오작동 되어 나타나는 현상을 말한다. 특히나 뇌와 같이 더는 유사분열 하지 않고 분화가 끝난 세포(post mitotic cell)로 구성된 뇌 조직은 노화로 인한 세포 내 손상에 더욱 민감하게 반응하게된다. 대표적인 퇴행성 신경질환으로 알츠하이머병(AD) 및 파킨슨병(PD) 등이 있다. 현재까지 수많은 연구를 통해 노화의 속도가 조절될 수 있음이 보고되고 있으며, 그에 관여하는유전적 경로와 생화학적인 기전들이 진화적으로 보전되고 있음이 알려져 있다. 

노화로 인하여 나타나는 세포 내 특징을 살펴보면 게놈 불안정성, 텔로미어 말단의 감소, 후성 학적 변화, 단백질 분해능의 손실, 미토콘드리아 기능장애, 세포 노화, 조절되지 않은영양소 감지, 줄기세포의 소진 및 세포 간 커뮤니케이션의 등 주요 9가지 특징으로 요약할수 있다. 노화 관련 질환을 개선하기 위한 약물 탐색 연구는 현재 활발히 진행되고 있다. 특히나 미토콘드리아 기능장애의 주요 바이오 마커인 NAD+ 활성화에 관한 연구는 매우 활발히 진행 중이며 실제로 관련 개발 물질이 신경퇴화 개선에 효과가 있음이 보고되었다. 본문에서는 세포 및 개체 수준에서 조절되고 있는 노화 현상의 구체적인 조절 기전을 분자적 수준에서 들여다보고자 한다. 노화가 조절되고 발현되는 과정을 이해하면 기술적으로 어떤 방식을 취해야 인간의 노화 현상을 조절 할 수 있는지를 알 수 있게 될 것이다. 이는 단순히기대 수명을 늘리는 것뿐만 아니라 부작용을 최소화하면서 건강을 증진시킬 수 있는 방법의개발과 직접적으로 연관이 되어 있기에 개인과 사회의 건강에 큰 도움이 되기를 기대한다.

Key Words: 노화(Aging), 퇴행성 신경질환(Neurodegenerative disease)

1. 서문

‘노화’란 모든 생물이 맞이하는 현상으로 사람의 경우에는 세포분열과 신진대사가 활발히일어나다가 약 25세를 기점으로 노화의 증상이 나타나기 시작한다. 일단 노화가 시작되면대사작용의 이상 혹은 손상된 세포 내 산물이 세포 내에 축적되고 노화의 표현형으로 나타나게되면서 질환을 유발하게 된다. 노화는 피할 수 없고 돌이킬 수도 없는 자연스러운 과정으로 다양한질병과 사망위험을 증가시키는 요인이 된다. 노화 과정이 반드시 노인성 질환과 관련이 있는 것은아니나, 노화 정도에 따라 질환 발병률이 증가하는 것은 사실이다. 노화 과정에 대한 정확한생물학적 기전에 대해서는 알려진 것은 없으나 생명체의 내·외적 인자들이 관여하는 다인자 현상인 것만은 확실하다. 즉, 호르몬 분비, 외부 스트레스에 대한 반응 기전, 세포 내외의 기질 및 염색체구조, DNA 서열, 단백질 합성 기전 등에서 다양한 변화들이 원인이 되어 노화가 진행된다고 본다[1]. 수많은 연구를 통하여 다양한 포유동물들의 노화를 특정할 수 있는 노화 관련 분자적 및 세포적 과정이 밝혀지고 대표적인 노화 특이적인 바이오 마커들이 밝혀져 왔다. 주요 마커로 게놈불안정성, 텔로미어 마모, 후성학적 유전학적 변형 그리고 단백질 손상과 손실을 들 수 있다 [2]. 특히나 게놈 불안정성은 노화의 주요 원동력으로 간주되며 노화 연구가 집중되는 분야이기도 하다.

세포 분열과 분화가 끝난 신경세포로 구성된 뇌 조직은 노화 징후의 매우 민감한 조직이다.일단 노화가 시작되면 미토콘드리아의 기능장애, 세포 노화에 따른 영양소 조절 실패는 세포에일차손상을 일으키고 이러한 특징이 누적됨에 따라 뇌 조직은 통합적으로 줄기세포의 수가줄어들고 변형된 세포 간의 의사소통이 원활하게 진행되지 않는 기능적 감소가 먼저 일어나게 된다.대표적인 신경질환으로는 알츠하이머병(AD) 및 파킨슨병(PD)과 같은 신경 퇴행성 질병이 대표적인경우이며 이들에 대한 문제 인식은 크게 증가하고 있지만, 효과적인 치료법의 부족과 경제적 사회적비용부담이 문제로 대두되고 있다. 이는 노인 인구 비율의 빠른 증가로 인해 가속화되고 있는데, 2050년이 되면 노인(즉, 60세 이상)이 전체 인구의 21%로 넘어가고 인류 역사상 처음으로 세계의노인 수는 젊은이 수를 초과할 것으로 보고되었다(World Health Organization, 2006, 2015). 이는치료제의 개발에 따라 사망률을 감소시키는 다른 질병(암/ 에이즈 등)과는 다르게 효과적인치료법이 개발되지 않고 있기 때문에 더욱 심각한 문제로 인식되고 있다. 따라서 노화에 의한 신경퇴행에 대한 성공적인 치료제 개발을 위해 병리학적인 기본 메커니즘을 연구를 심화하여 치료제개발 기반을 발전시키는 연구가 시급하다고 할 수 있겠다.

...................(계속)

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