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건강 수명 연장의 비밀 찾았다, 종양 억제 유전자 PTEN이 핵심
건강 수명 연장의 비밀 찾았다, 종양 억제 유전자 PTEN이 핵심
  • 김수진 기자
  • 승인 2021.10.06 17:03
  • 댓글 0
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카이스트 이승재 교수 연구팀, “PTEN 변이로 건강한 장수 유도 가능”
PTEN 변이, FOXO의 활성은 유지하지만 NRF2의 활성은 적절히 억제
PTEN 활성의 적절한 조절로 인간의 건강 유지와 수명 증가의 가능성 제시
게티이미지뱅크
최근 노화 연구의 주요 목표 중 하나는 건강 수명을 늘리는 것이다ⓒ게티이미지뱅크

[바이오타임즈] 단순히 오래 사는 것이 아니라 건강하게 오래 사는 것이 중요한 시대가 왔다.

초고령화 사회에 도입한 우리나라의 가장 시급한 문제 중 하나는 단순히 수명을 늘리는 것이 아닌 건강하게 장수하는 방법을 개발하는 것이다.

노화는 생물학적 기능들의 저하와 그에 따른 노화 관련 질병들을 동반하는 비가역적 과정이라고 알려졌다. 노화가 건강에 부정적인 영향을 미치기 시작하기 전 시기를 건강 수명이라고 하며, 최근 노화 연구의 주요 목표 중 하나는 건강 수명을 늘리는 것이다.

인슐린 및 인슐린 유사 성장인자-1은 노화 조절 신호전달경로로 알려졌다. 여러 종에서 보존되어 있으며 다양한 생리 현상을 조절한다.

이에 인슐린 및 인슐린 유사 성장인자-1이 노화 연구에 많이 쓰이는데, 국내 연구진이 이러한 인슐린 및 인슐린 유사 성장인자-1의 활성이 저하된 장수 돌연변이에서 긴 수명을 유지하면서도 건강 및 운동능력은 증진할 방법을 찾아냈다.
 

연구모식도(사진=카이스트)
연구모식도(사진=카이스트)

◇카이스트 이승재 교수 연구팀, “PTEN 변이로 건강한 장수 유도 가능”

카이스트 생명과학과 노화분자유전학 실험실 이승재 교수 연구팀은 가늘고 길게 사는 돌연변이체에 종양 억제 유전자 ‘PTEN’의 특정 돌연변이를 도입해 건강한 장수를 유도할 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 6일 밝혔다.

PTEN은 포스파티딜이노시톨(Phosphoinositol)과 단백질에서 인산기를 떼어내는 효소활성을 가진 탈인산화효소(Phosphatase)다.

인슐린 및 인슐린 유사 성장인자는 진화적으로 잘 보존이 된 수명 조절 호르몬으로, 적절한 감소는 수명을 늘리지만 건강 수명(운동성, 성장, 생식능력, 발달 등)은 오히려 악화한다.

이승재 교수 연구팀은 노화 연구에서 많이 사용되고 수명이 3주 정도로 짧은 예쁜꼬마선충을 이용해 인슐린과 인슐린 유사 성장인자가 감소한 상황에서 종양 억제 유전자인 PTEN의 유전자 서열 하나만 바꾸면 장수와 건강을 모두 얻을 수 있음을 발견했다.

이 연구는 카이스트 생명과학과 박혜은 학생, 함석진 박사, 김은아 박사와 포스텍 황우선 박사가 공동 제1 저자로 참여했으며, 세계적인 과학 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’ 2021년 9월 24일 날짜로 게재됐다(논문명: A PTEN variant uncouples longevity from impaired fitness in Caenorhabditis elegans with reduced insulin/IGF-1 signaling).

그간 예쁜꼬마선충에서 인슐린 및 인슐린 유사 성장인자-1 수용체의 활성 저하는 일반 야생형 개체보다 수명을 두 배가량 증가시키지만, 그와 동시에 일반적으로 운동성, 성장, 번식 등의 건강 상태를 악화시킨다고 알려졌다. 따라서 연구진은 이러한 인슐린 및 인슐린 유사 성장인자-1의 활성이 저하된 장수 돌연변이에서 긴 수명을 유지하면서도 건강 및 운동능력은 증진할 방법을 찾고자 연구를 진행했다.
 

게티이미지뱅크
카이스트 생명과학과 노화분자유전학 실험실 이승재 교수연구팀은 장수 유도 신호전달 경로에서 효소 하나의 활성을 세심하게 조정해 장수 유지뿐 아니라 건강 수명을 늘릴 수 있다는 매우 획기적인 가능성을 제시했다ⓒ게티이미지뱅크

◇PTEN 활성의 적절한 조절로 인간의 건강 유지와 수명 증가의 가능성 제시

연구진은 돌연변이 유발 스크린을 통해 찾은 특정 PTEN 변이가 인슐린 및 인슐린 유사 성장인자-1이 감소된 장수돌연변이에서 증가한 수명을 유지하는 동시에 운동성 등의 건강 상태를 획기적으로 개선하는 것을 발견했다.

연구진이 밝힌 PTEN 변이는 탈인산화 효소의 아미노산 서열 중 특정 시스테인을 타이로신으로 바꿨으며, 지질 탈인산화효소 활성을 감소시켰지만, 단백질 탈인산화효소의 활성을 일부 유지했다.

그 결과, PTEN 변이는 장수를 유도하는 것으로 알려진 전사인자 FOXO(세포 성장, 증식, 분화 및 장수에 관련된 유전자의 발현을 조절하는 전사인자)의 활성은 일부 유지하지만, 과활성되었을 때 건강에 악영향을 미치는 수명 조절 전사인자인 NRF2(항산화 단백질의 발현 및 수명을 조절하는 전사인자)의 활성을 적절히 억제하여 개체의 건강과 장수라는 두 가지 혜택을 모두 얻을 수 있음을 염기서열 분석, 효소활성 측정 및 생리 실험들을 통해 밝혀냈다.

즉, PTEN 변이가 장수 조절 유도인자인 FOXO의 활성은 유지하지만, 과자극 시 건강에 해로운 전사인자인 NRF2의 활성을 적절히 억제해 긴 수명과 노화된 개체에서의 건강을 모두 획득했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 장수 유도 신호전달 경로에서 효소 하나의 활성을 세심하게 조정해 장수 유지뿐 아니라 건강 수명을 늘릴 수 있다는 매우 획기적인 가능성을 제시했다.

특히, 인간을 비롯한 포유류에도 보존이 잘 돼 있는 종양 억제 유전자 PTEN이 건강한 장수유도에 중요하다는 것을 보여줬다. 그러므로 PTEN 활성의 적절한 조절을 통해 인간의 건강 장수를 유도해 초고령화 사회의 문제 해소 가능성을 제시한 것에 의의가 있다.

연구를 주도한 이승재 교수는 “기존의 수명 증진에 초점을 맞추었던 대부분의 노화 연구들의 틀을 넘어 생명체가 건강을 유지하면서 장수를 모색할 방법을 제시했다는 점에서 의의가 있다”라고 밝히며 “진화적으로 잘 보존된 종양 억제효소인 PTEN이 인간의 건강 유지와 수명 증가라는 목표에 최적 조건을 창출할 수 있는 스위치로 작용할 수 있음에 대한 가능성을 제시한다”라고 설명했다.

 

[바이오타임즈=김수진 기자] sjkimcap@biotimes.co.kr


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