노화된 세포를 젊은 세포로 되돌리는 초기 원천기술
노화된 세포를 젊은 세포로 되돌리는 초기 원천기술
  • 함예솔
  • 승인 2020.11.28 00:10
  • 조회수 943
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국내 연구진이 노화된 세포를 젊은 세포로 되돌리는 역 노화 원천기술을 개발했습니다. 이를 활용하면 노화 현상을 막고 각종 노인성 질환을 사전 억제할 수 있는 치료제를 개발할 단서를 찾을 수 있을 것으로 기대되는데요. <PNAS>에 게재된 본 연구는 KAIST 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 수행했습니다. 시스템생물학 연구를 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 정상적인 젊은 세포로 되돌리는 역 노화의 초기 원천기술을 개발했습니다.

 

참고로 역노화 (reverse aging)란 세포분열을 멈추고 영원히 세포주기가 정지된 노화된 세포를 다시 분열할 수 있는 젊은 세포상태로 되돌림으로써 노화가 역으로 되돌려지는 현상을 일컫습니다. 

노화세포 제거하면 회춘할 수 있을까. 출처: AdobeStock
노화세포 제거하면 회춘할 수 있을까. 출처: AdobeStock

노화세포를 젊은 세포로 되돌리는 역노화 기술

 

조광현 교수팀의 이번 연구 결과는 ㈜아모레퍼시픽 기술연구원과의 산학 공동 연구를 통해 최초로 개발된 노화 인공피부 모델에서 이 기술을 적용함으로써 입증하는 데 성공했습니다. 조광현 교수팀은 이번 연구를 위해 인간 진피 섬유아세포의 세포노화 신호전달 네트워크의 컴퓨터 모델을 개발한 후 시뮬레이션 분석을 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리는데 필요한 핵심 인자를 찾아냈습니다. 이후 노화 인공피부 모델에서 핵심 인자를 조절함으로써 노화된 피부조직에서 감소된 콜라겐의 합성을 증가시키고 재생 능력을 회복시켜 젊은 피부조직의 특성을 보이게 하는 역 노화 기술을 개발했습니다. 

인간진피섬유아세포의 세포노화 신호전달 네트워크 모델의 시뮬레이션 분석을 통한 세포노화 역행 타겟 단백질 검출 및 타겟 단백질 저해 효과 예측. 출처: KAIST
인간진피섬유아세포의 세포노화 신호전달 네트워크 모델의 시뮬레이션 분석을 통한 세포노화 역행 타겟 단백질 검출 및 타겟 단백질 저해 효과 예측. 출처: KAIST

연구팀 관계자는 이러한 역 노화 기술은 노화된 피부 등을 포함한 노화 현상 및 많은 노인성 질환의 발생을 사전에 억제할 수 있도록 근본적인 치료전략을 제시한 것으로 건강 수명을 오랫동안 유지하고 싶은 인류의 꿈을 실현하는데 한 걸음 다가선 결과라고 의미를 부여했습니다. 

앙상블 불리언 네트워크 모델링 및 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석. 출처: KAIST
앙상블 불리언 네트워크 모델링 및 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석. 출처: KAIST

현재 널리 연구되고 있는 회춘 전략은 이미 분화된 세포를 역분화시키는 4개의 `OSKM(Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc) 야마나카 전사인자'를 일시적으로 발현시켜 후성유전학적 리모델링(epigenetic remodeling)을 일으킴으로써 노화된 세포를 젊은 상태로 되돌리는 부분적 역분화(partial reprogramming) 전략입니다.

 

이 기술은 노화된 세포가 젊은 세포로 되돌아갈 수 있다는 것을 증명했지만 종양의 형성과 암의 진행을 유발하는 부작용이 생깁니다. 따라서 이와 같은 부작용을 배제할 수 있는 정교한 제어 전략이 과학 난제로 남아있었습니다.

 

젊은 세포로 되돌리는데 필요한 핵심 인자 발견

 

조광현 교수팀은 이러한 난제 해결을 위해 시스템생물학 연구 방법을 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있는 핵심 조절인자를 오래전부터 탐구하기 시작했습니다. 4년에 걸친 연구 끝에 단백질 합성, 세포의 성장 등을 조절하는 mTOR와 면역 물질 사이토카인의 생성에 관여하는 NF-kB를 동시에 제어하고 있는 상위 조절 인자인 `PDK1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1)'을 찾아냈습니다.

세포노화의 역행에 대한 표현형 검증. 출처: KAIST
세포노화의 역행에 대한 표현형 검증. 출처: KAIST

연구팀은 PDK1을 억제함으로써 노화된 인간 진피 섬유아세포를 다시 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있음을 분자 세포실험 및 노화 인공피부 모델 실험을 통해 입증했습니다. 연구를 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포에서 PDK1을 억제했을 때 세포노화 표지 인자들이 사라지고 주변 환경에 적절하게 반응하는 정상 세포로서 기능을 회복하는 현상을 확인했습니다.

 

연구 결과 노화된 인간 진피 섬유아세포에서는 PDK1이 mTOR와 NF-kB를 활성화해 노화와 관련된 분비 표현형(SASP: Senescence Associated Secretary Phenotype)을 유발하고 노화 형질을 유지하는 것과 연관돼 있음을 밝혀냈습니다. 즉, PDK1을 억제함으로써 다시 원래의 정상적인 젊은 세포 상태로 안전하게 되돌릴 수 있음을 증명한 겁니다.

3D 피부 유사 모델을 통한 실험 검증. 출처: KAIST
3D 피부 유사 모델을 통한 실험 검증. 출처: KAIST

조광현 교수팀이 연구 과정에서 찾아낸 표적 단백질의 활성을 억제할 수 있는 저분자화합물과 관련된 신약개발과 그리고 전임상실험을 통해 노화된 세포의 정상 세포화라는 연구 결과는 새로운 노인성 질환의 치료 기술과  회춘 기술에 관한 연구를 본 궤도에 올려놓은 초석을 다진 획기적인 연구로 평가받고 있습니다. 실제 ㈜아모레퍼시픽 기술연구원은 이번 연구 결과로부터 동백추출물에서 PDK1 억제 성분을 추출해 노화된 피부의 주름을 개선하는 화장품을 개발 중입니다. 

조광현 교수. 출처: KAIST
조광현 교수. 출처: KAIST

 

 

 

 

조광현 교수는 "그동안 비가역적 생명현상이라고 인식돼왔던 노화를 가역화할 가능성을 보여줬다"라며 "이번 연구는 노화를 가역적 생명현상으로 인식하고 이에 적극적으로 대처해 건강 수명을 연장하는 한편 노인성 질환을 예방할 수 있는 새로운 시대의 서막을 열었다"라고 의미를 부여했습니다.

 

 

 

 

한편, 이번 연구는 조광현 교수 연구팀의 시스템생물학 기반 가역화 기술 개발의 일환으로 이뤄졌으며, 연구팀은 지난 1월 같은 기술을 적용해 대장암세포를 다시 정상 대장 세포로 되돌리는 연구에 성공한 바 있습니다. 

 


##참고자료##

 

 


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