수명연장: 유망한 새로운 치료법, 뇌 폐기물 축적 차단으로 수명 연장한다.

노화된 초파리에서 특정 유전자를 변경하여 F-액틴 축적을 방지하면 세포 재활용이 향상되고 폐기물 축적이 감소하며 건강한 수명이 약 30% 연장된다.

나이가 들면서 건망증이 심해지는 것은 인간만이 아니다. 초파리도 마찬가지이다. 수명이 약 2개월에 불과한 초파리는 노화와 관련된 인지 저하를 연구하는 데 귀중한 모델이 된다.

네이쳐 커뮤니케이션즈에 게재된 새로운 연구에 따르면 필라멘트 액틴 또는 F-액틴이라는 일반적인 세포 구조 단백질이 뇌에 축적되면 DNA, 지질, 단백질 및 세포소기관을 포함하여 세포 내에서 불필요하거나 기능이상적인 구성 요소를 제거하는 핵심 프로세스를 억제한다. 그 결과 폐기물이 축적되어 신경 기능이 저하되고 인지 저하에 기여한다. 연구원들은 노화된 초파리의 신경 세포에서 몇 가지 특정 유전자를 조정하여 F-액틴 축적을 방지하고 세포 재활용을 유지하며 초파리의 건강한 수명을 약 30% 연장했다.

세포에 모양을 부여하는 데 도움이 되는 단백질 계열인 액틴은 신체 전체에 풍부하다. F-액틴은 세포 구조와 기타 여러 기능을 유지하는 데 필수적인 필라멘트를 형성한다. 데이비드 워커 연구실의 전 박사후 연구원인 에드워드(테드) 슈미트가 이끄는 연구원들은 노화된 과일파리의 뇌에서 F-액틴이 축적되는 것을 발견하고 이것이 뇌 노화와 유기체 건강의 전반적인 손실에 기여하는지 궁금해했다.

상관관계에 대한 첫 번째 단서: 제한된 식단을 섭취한 파리는 더 오래 살았고 뇌에 F-액틴이 덜 축적되었다. 두 번째 단서: 수명을 연장하는 것으로 알려진 라파마이신이라는 약물로 치료했을 때 노화된 파리의 뇌에서도 F-액틴이 적었다.

유전자 변형을 통한 인과관계 조사

"하지만 그것은 상관관계일 뿐, F-액틴이 뇌 노화에 해롭다는 것을 직접적으로 증명한 것은 아니다."라고 UCLA 통합 생물학 및 생리학 교수이자 수석 저자인 워커는 말했다. "인과관계를 알아내기 위해 우리는 유전학에 의지했다."

초파리 게놈은 철저히 매핑되고 이해되었기 때문에 이 그룹은 액틴 필라멘트 축적에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 노화된 초파리 유전자를 표적으로 삼을 수 있었다. 여기에는 액틴 필라멘트를 늘리고 구성하는 것으로 알려진 단백질 계열의 구성원인 Fhos라는 유전자가 포함되었다.

"노화 뉴런에서 Fhos 발현을 줄였을 때, 뇌에서 F-액틴이 축적되는 것을 막았다." 현재 아칸소 생명과학 연구소의 연구원이자 아칸소 주립 대학의 조교수인 슈미트가 말했다. "이를 통해 연구를 확장할 수 있었다. 이제 뇌에서 F-액틴 축적을 표적으로 삼고 노화 과정에 어떤 영향을 미치는지 연구할 수 있는 직접적인 방법이 생겼기 때문이다."

유전적 개입이 뉴런만을 표적으로 삼았지만, 파리의 전반적인 건강이 개선되었다. 그들은 25-30% 더 오래 살았고, 뇌 기능 개선의 징후와 다른 기관계에서 건강 개선의 지표를 보였다. F-액틴 축적을 막으면 인지 기능이 보호되는데, 이는 축적이 연령에 따른 인지 저하를 유발한다는 것을 보여준다.

워커는 "파리는 나이가 들면서 건망증이 심해지고, 사람과 마찬가지로 중년에 학습 및 기억 능력이 감소한다."라고 말했다. "F-액틴 축적을 막으면 파리가 나이가 들었을 때 학습하고 기억하는 데 도움이 된다. 이는 축적이 양성이 아니라는 것을 의미한다."

세포 자가포식에 대한 F-액틴의 방해

추가 조사 결과 F-액틴이 신체의 "세포 쓰레기 처리 시스템"을 방해하는 것으로 나타났다. 세포 내부의 손상되거나 불필요한 단백질과 기타 구성 요소는 "자가포식"이라는 과정을 통해 분해된다. 노화 연구에 따르면 자가포식 경로는 나이가 들면서 덜 활성화되지만 아무도 그 이유를 정확히 알지 못했다.

새로운 연구에 따르면 F-액틴 축적을 막으면 노령 과일파리의 뇌에서 자가포식이 훨씬 더 활발해졌다. 저자들은 F-액틴을 제거했지만 자가포식을 비활성화해도 노화를 늦추지 않는다는 것을 발견했다. F-액틴이 뇌 노화를 촉진하는 주요 메커니즘은 자가포식을 손상시키는 것으로 보인다. 연구자들은 또한 노령 뇌에서 F-액틴을 파괴하면 뇌 자가포식을 젊은 수준으로 회복하고 뇌 노화의 특정 세포 마커를 역전시킬 수 있음을 보여주었다.

이러한 발견은 뇌에서 F-액틴이 감소한 노령 초파리에게는 좋은 소식일 수 있다. 하지만 아직 인간에게는 입증되지 않았으며, F-액틴 축적을 예방하기 위한 개입을 개발하는 것은 더 어려울 수 있다. 그래도 이 발견은 연구자들을 사람들의 건강한 노화를 위한 유익한 새로운 방향으로 이끈다.

워커는 "노화 분야의 대부분은 수명을 넘어 건강수명으로 나아가는 데 집중하고 있다."라고 말했다. "우리는 사람들이 수명을 연장하는 동시에 건강과 높은 삶의 질을 즐길 수 있도록 돕고 싶다. 저희 연구는 초파리의 인지 및 장 기능, 활동 수준, 전반적인 건강수명을 개선했으며, 인간에게서 무엇을 이룰 수 있을지에 대한 희망을 제공한다."