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노화의 종말
글번호 449 등록일 2023-11-20
등록자 이민지 조회수 269명
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크기가 우리 지구만 하고 자기별에서 지구만큼 떨어져있고 지구보다 좀 더 빨리 자전해 하루가 약 20시간인 행성이 있다고 해봅시다 그 행성은 짠물로 된 얕은 바다로 뒤덮여있고 대륙이라고 할 만한 것은 전혀 없습니다 그저 수면 위로 뾰족 솟아난 검은 현무암 섬들이 흩ㅇ져잇을분이죠 대기의 기체 조성은 지구와 다릅니다 습하고 질소 메탄 이산화탄소가 독성을 띨만큼 짙게 뒤덮고있습니다 대기에 산소와 생명은 전혀 없습니다 바로 40억년 전 우리 지구인 이 행성이 무자비하게 혹독한 곳이기 때문입니다 뜨겁고 시시때때로 화산이 폭발하며 번개가 마구 치고 폭풍우가 몰라칩니다 그러나 이 세계는 변하려하고있습니다 좀 큰 섬 중 하나를 만든 따뜻한 열수 분출구들 옆에 물웅덩이가 고여잇습니다 유기 분자들이 섬표면을 온통 뒤덮고있습니다 운석이나 혜성에 실려온것들입니다 메마른 화산암을 덮고있는 이 분자들은 그냥 분자 상태로 남아있을것입니다 그런데 이것들이 따뜻한 물웅덩이에 녹으면 웅덩이 가장자리에서 녹았다가 말라붙어싿가 하면서 특수한 화학적 과정이 진행됩니다 핵산이 농축되면서 중합체를 형성합니다 바닷가 물웅덩이가 증발할 때 소금 결정이 생기는것과 비슷합니다 이 중합체는 세계최초의 RNA(리보핵산)분자입니다 DNA(데옥시리보핵산)의 선구물질입니다 웅덩이에 다시 물이 찰 때 이 원시적인 유전 물질은 지방산에 감싸이면서 일종의 미세한 비눗방울이 됩니다 이 비눗방울은 최초의 세포막입니다 얼마지나지 않아서 아마 일주일즘 뒤 이 얕은 연못은 짧은 핵산가닥들이 들어있는 미세한 전구세포 수조개로 뒤덮이면서 노란 거품에 뒤덮인 양 보입니다 이 핵산 가닥을 오늘날 우리는 유전자라고 부릅니다 이 원시 세포들은 대부분 재순환되지만 일부는 살아남아서 원시적인 대사 경로를 갖추기 시작합니다 이윽고 RNA의 복제가 시작됩니다 그때가 바로 생명의 기원시점입니다 일단 출현한 생명- 유전물질로 채워진 지방산 비눗방울-은 우위를 차지하기 위해 경쟁하기 시작합니다 주위에 자원이 충분치 않기 때문입니다 하루하루 지나는 동안 이 미세하고 허약한 생명체는 진화하기 시작해 더 발전된 혀태가 되고 땅이 드러나면서 생긴 강과 호수로 퍼져나갑니다 그러면서 새로운 위협요인이 등장합니다 길어진 건기죠 더껑이로 뒤덮인 호수는 건기에는 1미터쯤 낮아졌다가 비가 닐 때 다시 채워지곤 합니다 그런대 올해에는 행성 반대편에서 유달리 화산 활동이 심해진 탓에 강수량이 줄어들고 구름도 비를 뿌리지 않고 지나갑니다 호수는 완전히 말라붙습니다 호수 바닥을 두껍게 뒤덮은 누런 딱지만이 남습니다 연간 물이 불어났다 줄었다 함으로써가 아니라 잔혹한 생존경쟁을 통해 정의 되는 생태계입니다 여기서 벌어지는 일은 또한 미래를 차지하려는 싸움입니다 살아남는 생물은 고세균 세균 균류 식물 동물 등 앞으로 등장할 모든 생물의 선조일것이기 때문입니다 가장 적은 양의 양분과 습기라도 얻으려고 애쓰면서 서로 경쟁하며 번식하라는 원초적인 요구에 답할수잇는일은 무엇이든 하고잇는 이 죽어가는 세포들의 덩어리 안에는 독특한 종이 하나있는데 마그나 수페르스테스(위대한 생존자)라고 해봅시다 이종은 당시의 다른 생물들과 전혀 달라 보이지 않지만 독특한 이점을 한가지 지니고잇습니다 유전적 생존 메커니즘을 진화시켜왓다는것이죠 앞으로 기나긴 세월에 걸쳐서 훨씬 더 복잡한 진화단계들이 출현할 것입니다 매우 극단적인 변화를 통해 전혀 새로운 생물 계통들이 출현할것입니다 이런 변화들-돌연변이 삽입 유전자 재배치 한종에서 다른종으로 유전자 수평이동(생식을 통하지 않은 유전형질의 이동)의 산물들- 좌우 대칭 입체시 더 나아가 의식을 지닌 생물까지 낳을것입니다 그에 비하면 이 초기 진화 단계에서 일어난 일은 언뜻 볼 때 좀 단순합니다 이 생존메커니즘은 일종의 회로로 이루어져있습니다 유전자 회로죠 이 회로는 유전자 A에서 시작됩니다 A는 환경이 안 좋을 때 번식을 멈추게 하는 일종의 관리자입니다 초기의 행성은 환경이 나쁠때가 대부분이기에 중요합니다 이 회로에는 유전자B도 잇는데 침묵시키는 단백질을 만듭니다 이 침묵단백질은 상황이 좋을 때 유전자A에 달라붙어서 그 유전자를 끕니다 그러면 세포는 자신을 복제할 수 있습니다 즉 자신과 자손이 생존할 가능성이 높을때만 번식이 이루어질 수 있습니다 이 유전자들 자체는 새로운 것이 아닙니다 호수의 모든 생물은 이 두 유전자를 지니고있습니다 마그나 수페르스테스의 독특한 점은 침묵 유전자B에 돌연변이가 일어나서 기능이 하나 더 추가되었다는 것이죠 바로DNA의 수선을 돕는일입니다 세포의 DNA가 끊기면 유전자 B가 만드는 침묵 단백질은 DNA수선을 돕기위해 원래 결합되어있던 유전자A를 떠납니다 이 단백질이 떨어지면 유전자A는 활동을 시작합니다 그 결과 DNA수선이 다 끝날때까지 모든 생식과 번식활동은 일시적으로 멈춥니다 이 체계는 이치에 맞습니다 DNA가 끊겼을 때 생시과 번식은 생물이 하지 말아야 할 일입니다 예를 들어 훗날 생길 다세포생물에서 끊긴 DNA를 수선할 때 분열을 멈추지 않는 세포는 유전물질을 잃을것이 거의 확실합니다 세포는 분열을 하기전에 염색체들의 특정지점을 양쪽으로 잡아당겨서 DNA부터 서로 나누기 때문입니다 이때 DNA가 끊겨있다면 한쪽 염새게는 일부를 잃게 되고 끊긴 나머지 부위는 다른 염색체에 다라붙은채로 반대편으로 끌려갈것입니다 그런 상태로 분열되어 나온 세포는 죽거나 제멋대로 증식해 종양이 될 가능성이 높습니다 마그나 수페르스테스는 DNA를 수선하는 이 새로운 유형의 침묵 유전자를 지님으로써 또 한가지 유리한 입장에 놓입니다 DNA가 손상되면 숨죽이고 있다가 수선된 뒤에 다시 활동하기 때문입니다 이런 행동은 생존에 매우 유리합니다 그리고 실제로 그런 상황이 벌어집니다 이제 생명을 위협할 또 다른 공격이 일어납니다 멀리서 태양 폭발로 생긴 강력한 우주선이 행성으로 쏟아지면서 죽어가는 호수에잇는 모든 미생물의 DNA를 조각냅니다 이 미생물들 대다수는 유전체의 곳곳이 끊긴 상태이지만 그대로 번식했다가는 죽는다는 것을 알아차리지 못한채 아무일없었다는 양 분열을 합니다 그러면 두 딸세포들에 DNA가 균등하게 배분되지 않음으로써 양쪽 다 기능에 이상이 생깁니다 그러니 분열은 헛수고로 모두 죽어서 사라집니다 즉 마그나 수페르스테스 만빼고 말입니다 우주선이 대재앙을 일으키고있을 때 마그나 수페르스테스는 색다른 일을 합니다 단백질B가 DNA수선을 돕기위해 유전자A로부터 떨어져나갑니다 그 덕분에 유전자 A가 켜지면서 세포는 하고있던 거의 모든 일을 멈추고 부족한 에너지를 끊긴 DNA를 수선하는 쪽으로 돌립니다 마그나 수페르스테스는 번식하라는 고대로부터 내려온 명령에 반항함으로써 살아남습니다 건기가 끝나고 호수에 다시 물이 찰 때 마그나 수페르스테스는 깨어납니다

 

1970년 대 분자생물학자 피터 보그트와 피터 듀스버그가 돌연변이가 생겼을 때 암을 일으키는 유전자를 발견했습니다 이제 약물 개발자들은 겨냥할 표적을 갖게되었죠 발암 단백질을 차단하는 화학물질을 찾아냄으로써 방사선과 유독한 화학요법을 쓰는 방식에서 벗어난것이죠 가장 유망한 돌파구 중 하나는 면역억제요법입니다 면역세포인 T세포는 우리몸속을 계속 순찰하면서 악성세포를 찾아내어 종양으로 발전하기 전에 죽입니다 T세포가 없다면 우리모두는 20대에 암에 걸릴것입니다 반면에 악성 암세포는 암을 색출하는 T세포를 속이는 방법을 찾아낸다면 빠르게 불어날수잇습니다 가장 효과적인 최신 면역요볍들은 암세포의 표면에 있는 단백질을 표적으로 삼습니다 암세포가 쓰고잇는 투명 망토를 벗겨냄으로써 T세포가 인식해 죽일수있도록 하는것이라고 보면 됩니다

 

노화가 DNA손상과 그에 따른 유전정보의 상실로 생긴다는 가설도있습니다 1950년대 과학자와 대중 양쪽 모두 돌연변이 축적이 노화를 일으킨다는 개념을 받아들였습니다 인간의 DNA에 방사선이 미치는 효과가 많은 이들의 마음에 새겨진 시대였죠

DNA복제 과정에서 일어나는 오류가 유전자(DNA를 복제하는 단백질 장치를 만드는데 필요한 유전자들을 포함해)에 돌연변이를 일으킨다고 추정하는 가설입니다 그러면 복제과정이 점점 교란되고 복제가 점점 부정확하게 일어나다가 마침내 유전체가 파괴된다는것입니다

하먼은 “노화의 자유라디칼 이론”을 내놓았는데 세포 내에 돌아다니는 짝짓지 않은 전자 때문에 노화가 일어난다는 이론입니다 자유라디칼(주로 활성산소)은 산화를 일으켜서 DNA를 손상시키비다 특히 미토콘드리아의 DNA를 망가뜨립니다

항산화제가 풍부한 음식을 먹으면 자유라디칼을 제거하는 효소의 생산을 자극하는등 노화를 억제하는 몸의 자연적인 방어체계를 자극하죠

하지만 말년이 되기전까지는 미토콘드리아DNA의 돌연변이가 노화에 큰역할을 하지않습니다

복제되었을 때 정상적으로 건강한 수명을 산다는 것이 입증된 수많은 동물종으로부터 우리는 노화가 세포핵 DNA의 돌연변이로 생기는 것이 아니라고 말할수잇습니다 오래된 동물이 새로운 건강한 동물을 만드는데 필요한 모든 유전 정보를 지니고잇으며 돌연변이가 노화의 주된 원인이 아니라는것이죠

 

몇가지 징표들에 대응하면 노화를 늦추고 질병 또한 저지할 수 있습니다 줄기세포를 예로 들어보아요 줄기세포는 다른 많은 종류의 세포로 발달할 잠재력을 갖고잇습니다 소진되지 않게 유지할수잇다면 이미분화세포는 손상된 조직을 치유하고 모든 질병에 맞서 싸우는데 필요한 모든 분화한 세포들을 계속 만들어낼수잇습니다

분열능력을 소진했지만 죽기를 거부하면서 주변세포로 염증신호를 마구 내보내는 노화한 세포에 초점을 맞출수도잇죠 그를 죽이거나 애초에 몸에 쌓이지 않게 막을수잇다면 신체조직을 더 오래 훨씬 더 건강하게 유지할수잇습니다 텔로미어 단축 단백질 항상성 감소 등 다른 모든 징표들에도 같은 말을 할수잇습니다

 

우리를 늙게 만드는 단일한 원인

 

노화는 정보의 상실입니다 생물학에는 두 종류의 정보가 있으며 둘은 부호화방식이 전혀 다릅니다 첫 번째 유형의 정보는 디지털입니다 디지털정보는 가능한 값들의 유한한 집합에 토대를 둡니다 다만 생물의 정보는 0과1로만 된 이진수코드가 아니라 DNA의 아데닌 티민 사이토신구아닌 즉 A,T,C,G4가지로 된 사진수 코드를 씁니다 DNA는 디지털이므로 정보를 저장하고 복제하는 믿을 만한 방법입니다 사실 원리상 컴퓨터 기억 장치나 DVD에 저장된 디지털 정보와 마찬가지로 대단히 정확하게 되풀이해 복제할수잇습니다 또 DNA는 튼튼합니다 이 생명분자는 끓는 물에서 몇 시간동안 견딜 수 있고 최소 4만 년 된 네안데르탈인의 뼈에서 추출할수도있스빈다 이런 디지털 저장의 장점은 왜 핵산 사슬이 40억 년 동안 생물학적 정보 저자의 주된 분자로 쓰였는지를 설명해줍니다

몸의 두 번째 유형의 정보는 아날로그입니다 흔히 후성유전체라고 불리는데 유전적 수단을 통해 전달되지 않는 유전 가능한 형질을 뜻합니다 유전정보가 DNA에 저장되는것과 같은 방식으로 후성유전 정보는 염색질이라는 구조에 저장됩니다 세포의 DNA는 헝클어진 채로 떠다니는 것이 아니라 히스톤이라는 작은 공 모양의 단백질을 칭칭 감싸고있습니다 히스톤을 저절로 둘둘 감싸면서 구슬을 줄줄이 꿴 실과 비슷한 모양이 됩니다 염색체의 양끝을 잡고 쭉 잡아당기면 히스톤 단백질들이 죽 박혀잇는 길이 1.8미터의 끈이 될것입니다 DNA의 한쪽 끝을 전원 콘센트를 끼워서 히스톤 단백질의 불빛을 깜박이게 할수있다면 세포 몇 개만으로 반짝으는 크리스타믓 전등을 만들수있을것입니다 고대의 마그나 수페르스테스와 오늘날의 곰팡이 같은 단순한 종에서는후성유전 정보의 저장과 전달이 생존에 중요합니다 그리고 복잡한 생물에서는 필수적인 역할을 합니다 여기서 복잡한 생물이란 둘 이상의 세포로 이루어진 것을 뜻합니다 변형균 해파리 선충 초파리 포유동물을 ㅗ함합니다 후성유전정보는 하나의 수정란에서 20억 개의 세포로 이루어진 신생아가 되기까지 발생과정을 조율하고 유전적으로 동일한 세포들이 우리몸에서 수천가지 세포로 분화할수있도록 합니다 유전체가 컴퓨터라면 후성유전체는 소프트웨어에 해당합니다 새로 분열된 세포가 어떤 종류로 발달할지 지시하고 뇌의 뉴런과 특정한 면역세포처럼 한 종류의 세포가 길게는 수십년 동안 정체성을 유지하도록 해줍니다 뉴런이 어느날은 피부세포처럼 행동하는일도 분열하는 콩팥 세포가 간 세포를 만드는 일도 일어나지 않는 것이 그 때문입니다 후성유전 정보가 없다면 세포는 금방정체성을 잃을것이고 새로운 세포 역시 정체성을 잃을것입니다 그러면 조직과 기관은 점점 기능을 잃다가 이윽고 망가질것입니다 원시지구의 따뜻한 연못에서 디지털 화학시스템은 유전정보를 장기간 저장하는 최고의 방법이었습니다 그러나 환경 조건을 기록하고 거기에 반응하는데 필요한 정보 또한 저장해야 goTssep 그런 정보는 아날로그 형식으로 저장하는 것이 최선이었습니다 그런일에는 아날로그 정보가 더 낫습니다 세포 안팎의 환경이 필요로 할때마다 비교적 쉽게 꺼내고 저장하고 수정할수잇으며 거의 무한한 많은 가능한 값들을 저장할수잇기 때문입니다 전에 결코 접한 적이 없는 조건들에도 반응할 수 있습니다 무한히 많은 수의 가능한 값들이야말로 많은 음악 애호가들이 여전히 아날로그 저장 시스템의 풍부한 소리를 선호하는 이유입니다 그러나 아날로그 장치는 설령 나름의 장점이 있지만 큰 단점을 하나지니고있습니다 사실 우리가 아날로그에서 디지털로 넘어온 이유가 바로그것이죠 디지털과 달리 아날로그 정보는 시간이 흐르면서 변질됩니다 자기장 중력 우주선 산소가 공모해 퇴락시킵니다 게다가 그 정보는 복제될 때 잃게 됩니다

장수유전자는 우리가 무엇을 먹고 얼마나 운동을 하고 하루중 몇시인지를 지켜보고 그에 따라 반응하면서 혈액으로 단백질과 화학물질을 분비함으로써 세포들 사이에 그리고 l관들 사이에 서로 의사소통을 하는 일종의 몸속 감시망을 형성합니다 상황이 안좋게 돌아갈때면 가만히 숨죽이고 있으라고 알려주고 상황이 나아지면 빨리 성장해 번식하라고 말해줍니다 마그나 수페르스테스에게 잇던 유전자B의 후손인 서투인은 히스톤을 비롯한 단백지에서 아세틸기 꼬리표를 제거하는 효소를 만듭니다 이 효소는 꼬리표를 제거해 DNA의 포장 상태를 바꾸며 그럼으로써 필요할 때 유전자를 켜거나 끕니다 이 중요한 훗ㅇ유전학적 조절 이자는 세포 제어 시스템의 최상위에 자리하고있으면서 우리의 번식과 DNA수선을 제어합니다 효모가 출현한 이래로 수십억년 동안 진화한 끝에 이 유전자들은 지금 우리의 건강 적응성 생존자체를 맡고있습니다 이들은 NAD(니코틴아마이드 아태닌 다이뉴클레오타이드)라는 분자를 이용하는 쪽으로 진화했습니다 우리가 나이를 먹을수록 줄ㅇ들며 그에 따른 서투인 활성감소가 젊을때는 없던 질병들이 늙으면 나타나는 주된이유라고 여겨집니다 서투인은 스트레스를 받을때는 번식 대신에 수선에 치중하기위해 몸에 허리띠를 조이고 당뇨병과 심장병 알츠하이머병과 골다공증 심지어 암까지 포함한 노화의 주요질병들에 맞서서 몸을 지키라고 명령합니다 생쥐연구에서 서투인을 활성화화면 DNA수선이 더 잘 이루어지고 기억력이 좋아지고 운동지구력이 향상되고 얼마나 먹든 간에 살이 찌지 않도록 돕는다는 사실 또한 드러났습니다 그리고 매우 중요한 점은 서투인이 다소 단순한 프로그램 -생존회로의 일부인 놀라운 유전자B-을 토대로 이 모든 일을 하기에 다른 많은 장수 유전자들보다 조작하기가 훨신 더 쉽닫는 사실이 드러나고있다는 것입니다 서투인은 생명의 거창한 루브 골드버그 장치의 첫머리에 놓인 도미노중 하나인 듯 합니다 즉 유전물질이 안 좋은 시기에 스스로를 보호함으로써 수십억 년에 걸쳐서 생명이 존속하고 번성할수있도록 한 방식을 이해하는 열쇠입니다 장수유전자중 서투인과 비슷한 역할을 하는 유전자들 중에서 두 집단은 아주 잘 연구되어있으며 더 오래 더 건강한 삶을 제공할수있도록 조작이 가능하다는 것이 밝혀져왔습니다 그중 한 집단은 TOR(리파마이신의 표적)라고 불리는데 성장과 대사를 조ᅟᅥᆯ하는 단백질들의 복합체입니다 )는 서투인과 마찬가지로 지금까지 과학자들이 조사한 모든 생물에 들어있습니다 서투인처럼 mTOR역시 영양소를 통해 활성이 절묘하게 조절됩니다 그리고 mTOR도 서투인처럼 스트레스를 받는 상황에서는 숨을 죽이고 생존을 도모하라고 신호를 보낼 수 있습니다 DNA수선같은 활성을 증진시키고 노화한 세포가 일으키는 염증을 줄이고 아마 가장 중요한 기능일 오래된 단백질을 분해하는 활동에 치중하라고 세포에 지시합니다 모든 상황이 좋을 때 TOR는 세포 성장의 주된 추진력이 됩니다 가용 아미노산의 양을 감지하고 그에 반응해 단백질을 얼마나 만들지를 지정합니다 그러나 상황이 안 좋을때는 숨죽이고 있으라고 세포를 압박합니다 분열을 삼가고 기존세포 성분들을 재활용해 에너지를 아끼고 생존을 도모하라고 말이죠 이 분해와 재활용과정을 자가포식이라고 합니다 AMPK(AMP활성 단백질 인산화 효소)라는 대사조절효소가 또 다른 경로로 작용합니다 이 효소는 에너지가 적을 때 반응하도록 진화했습니다 AMPK효소 역시 진화적으로 잘 보존 되어왔으며 우리는 서투인과 TOR처럼 이 효소의 조절방식을 꽤 많이 밝혀냈습니다 이런 방어 체계들은 모두 생물학적 스트레스에 반응해 활성을 띱니다. 때로는 DNA의 여러부위가 끊기는 것처럼 세포 내부에 극심한 스트레스 상황이 발생해 대처하기 어려운 경우가있습니다 그럴 때 설령 세포가 돌연변이를 남기지 않으면서 단기간에 끊긴 부위들을 수선할수잇다고 한들 후성유전수준에서는 정보상실이 일어납니다 여기서 착안할수잇는 중요한 사항은 바로 세포를 손상시키지 않으면서 장수유전자들을 활성화할수잇는 스트레스 요인들이 많다는 사실입니다 특정한 유형의 운동, 간헐적 단식 저단백질 식단 고온과 저온 노출 등이 그렇습니다 이렇게 약한 스트레스를 받았을대 몸이나 세포가 반응해 활성을 띠는 현상을 호르메시스라고 합니다 호르메시스는 전반적으로 생물에게 좋습니다 그 어떤 지속적인 손상도 일으키지 않으면서 이현상을 유도할수잇을때면 더욱 그렇죠 호르메시스가 일어날때는 모든 것이 좋습니다 그리고 사실 단순히 좋은 차원을 넘어섭니다 장수유전자들이 활성화할 때 생기는 약간의 스트레스가 몸 방어 체계의 나머지 구성원들에게 숨죽이고 보존하고 좀더 오래 생존을 도모하라고 자극하기 때문입니다 이것이 바로 장수의 출발점입니다 이런 접근법을 강화하는 것이 바로 호르메시스 모방 분자입니다 

 

 

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