생물이 노화로 죽는 이유? 돌연변이 때문?

모든 생물은 노화로 죽는다.

많은 동물 종에 걸친 돌연변이 축적을 비교하기 위한 첫 번째 연구는 노화와 암에서 일어나는 유전적 변화의 역할에 대한 수십 년 간의 질문에 새로운 빛을 제공했다. Wellcome Sanger Institute의 연구원들은 수명과 크기의 큰 차이에도 불구하고 동물 종들이 비슷한 수의 유전적 변화로 자연적인 삶을 마감한다는 것을 발견했다.

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수명과 돌연변이 발생 속도 관계

2022년 4월 13일 Nature에 발표된 이 연구는 쥐에서 기린에 이르기까지 16종의 포유류 게놈을 분석했다. 저자들은 종의 수명이 길수록 돌연변이가 발생하는 속도가 느려진다는 것을 확인하여 돌연변이가 노화에 역할을 한다는 오랜 이론을 뒷받침한다.

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유전적 변화란?

체세포 돌연변이로 알려진 유전적 변화는 유기체의 일생 동안 모든 세포에서 발생한다. 이것은 인간의 세포가 연간 약 20~50개의 돌연변이를 획득하는 자연스러운 과정이다. 이러한 돌연변이의 대부분은 무해하지만 일부는 암으로 가는 경로에서 세포를 시작하거나 세포의 정상적인 기능을 손상할 수 있다.

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페토의 역설이란?

암은 단일 세포에서 발생하기 때문에 더 큰 몸체(더 많은 세포)를 가진 종은 이론적으로 암 위험이 훨씬 더 높아야 한다. 그러나 동물 전반에 걸친 암 발병률은 신체 크기와 무관하다. 큰 몸을 가진 동물 종은 암을 예방하는 우수한 메커니즘을 진화시킨 것으로 믿어진다. 그러한 메커니즘 중 하나가 조직의 유전적 변화 축적의 감소인지 여부는 테스트 되지 않은 상태로 남아 있다.

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돌연변이가 노화에 영향을 미치는가?

1950년대부터 일부 과학자들은 이러한 체세포 돌연변이가 노화에 영향을 미칠 수 있다고 추측했다. 그러나 체세포 돌연변이를 관찰하는 것이 어렵기 때문에 이 가능성을 연구하는 것이 어려웠다고 한다. 지난 몇 년 동안 기술의 발전으로 마침내 정상 조직에서 유전적 변화를 관찰할 수 있게 되어 이 질문에 답할 수 있는 희망이 생겼다.

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세포의 돌연변이율 측정

이 연구에서 Wellcome Sanger Institute의 연구원들은 광범위한 수명과 체질량을 포괄하는 16종의 포유류에서 체세포 돌연변이를 측정하는 새로운 방법을 사용하여 이러한 이론을 테스트하기 시작했다. 여기에는 인간과 생쥐, 사자, 기린, 호랑이 및 오래 살고 암에 강한 벌거벗은 두더지쥐와 같은 종들이 포함되었으며 런던 동물 학회를 비롯한 여러 조직에서 샘플을 제공했다. 단일 장 줄기세포의 돌연변이율을 측정하기 위해 48명의 개인으로부터 채취한 208개의 장 선와에서 전체 게놈 서열을 생성했다.

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체세포 돌연변이 실험 결과

돌연변이 패턴의 분석은 작업 과정에 대한 정보를 제공했다. 연구자들은 체세포 돌연변이가 시간이 지남에 따라 선형적으로 축적되었으며 인간을 포함한 모든 종에서 매우 다른 식단과 생활사에도 불구하고 유사한 메커니즘에 의해 발생한다는 것을 발견했다.

노화에서 체세포 돌연변이의 가능한 역할에 대한 증거는 각종의 수명이 증가함에 따라 체세포 돌연변이의 비율이 감소한다는 연구원의 발견에 의해 제공되었다.

Wellcome Sanger Institute의 연구 제 1저자인 Alex Cagan 박사는 "이 연구의 가장 흥미로운 측면은 수명이 체세포 돌연변이율에 반비례한다는 사실을 발견해야 한다는 것이다. 이것은 비록 다른 설명이 가능할지라도 체세포 돌연변이가 노화에 역할을 할 수 있음을 시사한다. 앞으로 몇 년 동안 이러한 연구를 곤충이나 식물과 같은 훨씬 더 다양한 종으로 확장하는 것은 매혹적일 것이다."라고 말했다.

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페토의 역설에 대한 해답

페토의 역설에 대한 답을 찾는 일은 계속된다. 수명을 고려한 후, 저자들은 체세포 돌연변이율과 체질량 사이에 유의미한 연관성을 발견하지 못했으며, 이는 다른 요인들이 크기에 비해 암 위험을 줄이는 더 큰 동물의 능력에 관련되어야 함을 나타낸다고 한다.

Wellcome Sanger Institute의 연구 제 1저자인 Adrian Baez-Ortega 박사는 "체세포 돌연변이 비율의 차이가 신체 크기보다는 수명의 차이로 설명되는 것으로 보인다는 사실은 돌연변이 비율을 조정하더라도 종에 걸쳐 암 발병률을 제어하는 우아한 방법처럼 들리지만 진화론은 실제로 이 경로를 선택하지 않았다. 기린과 코끼리, 고래와 같이 종이 조상보다 더 큰 크기로 진화할 때마다 진화는 이 문제에 대한 다른 해결책을 제시할 가능성이 크다. 우리는 이 종들을 더 자세히 연구하여 알아낼 필요가 있을 것이다."라고 말했다.

연구된 16종 간의 수명과 체질량의 큰 차이에도 불구하고, 각 동물의 일생 동안 획득한 체세포 돌연변이의 양은 비교적 유사했다. 평균적으로 기린은 생쥐보다 40,000배 더 크고 인간은 30배 더 오래 산다. 그러나 세 종 사이의 수명 말기 세포 당 체세포 돌연변이 수의 차이는 약 3배 정도 차이가 났다.

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체세포 돌연변이 연구 성과

ZSL(런던 동물 학회) 야생 동물 수의병리 학자인 Simon Spiro 박사는 "이 연구에서 확인된 유전적 변화는 노령의 질병이 7개월에서 시작하든 70세에 시작하든 광범위한 포유동물에서 유사할 것이며, 노년기에 이 동물이 행복하고 건강하게 유지하는 데 도움이 될 것임을 시사한다."라고 말했다.

노화의 정확한 원인을 이해하는 것은 아직 풀리지 않은 문제이자 적극적인 조사 영역이다. 노화는 무엇보다는 체세포 돌연변이, 단백질 응집 및 후성 유전적 변화를 포함하여 일생 동안 세포와 조직에 여러 유형의 손상이 축적되어 발생할 수 있다. 수명이 매우 다른 종에서 이러한 과정의 비율을 비교하면 노화에 대한 역할을 밝힐 수 있다.

Wellcome Sanger Institute의 연구 수석 저자인 Inigo Martincorena 박사는 "체세포 돌연변이는 1950년대부터 노화에 기여하는 것으로 추측되었지만 연구는 여전히 어려웠다. 최근 DNA 시퀀싱 기술의 발전으로 우리는 마침내 체세포 돌연변이가 노화와 여러 질병에서 하는 역할을 조사할 수 있게 되었다. 이처럼 다양한 포유동물이 세포에서 비슷한 수의 돌연변이를 일으키며 생을 마감한다는 사실은 흥미롭고 흥미로운 발견이다."라고 말했다.