2020-11-26 14:00  |  건강

[연구] KAIST '역 노화' 원천기술 개발..."노화세포, 젊은 세포로 되돌려"

바이오뇌공학과 조광현 교수팀, 젊은 세포로 되돌리는 핵심 인자 찾아

[청춘일보 이요한 기자] 인간 진피섬유아세포의 세포 노화 신호전달 네트워크 모델의 시뮬레이션 분석 모식도. KAIST는 시뮬레이션 분석을 통해 세포노화를 역행시키는 타겟 단백질 PDK1을 발굴했고(그림 A~C) PDK1 단백질의 발현을 저해했을 때 mTOR와 NF-kB 신호가 동시에 억제되는 것을 확인했다.

한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 아모레퍼시픽 기술연구원과 함께 노화된 인간 진피 섬유아세포를 정상적인 젊은 세포로 되돌리는 역 노화의 초기 원천기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

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인간 진피섬유아세포의 세포 노화 신호전달 네트워크 모델의 시뮬레이션 분석 모식도. KAIST는 시뮬레이션 분석을 통해 세포노화를 역행시키는 타겟 단백질 PDK1을 발굴했고(그림 A~C) PDK1 단백질의 발현을 저해했을 때 mTOR와 NF-kB 신호가 동시에 억제되는 것을 확인했다.(그림 D~E). 자료:KAIST


연구팀은 이번 연구를 위해 인간 진피 섬유아세포의 세포노화 신호전달 네트워크 컴퓨터 모델을 개발한 뒤 시뮬레이션 분석을 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리는데 필요한 핵심 인자를 찾아냈다.

이어 노화 인공피부 모델에서 핵심 인자를 조절해 노화된 피부조직에서 감소된 콜라겐의 합성을 증가시키고 재생 능력을 회복시켜 젊은 피부조직의 특성을 보이게 하는 역 노화 기술을 개발했다.

현재 널리 연구되고 있는 회춘 전략은 이미 분화된 세포를 역분화시키는 4개의 'OSKM(Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc) 야마나카 전사인자'를 일시적으로 발현시켜 후성유전학적 리모델링을 초래해 노화된 세포를 젊은 상태로 되돌리는 부분적 역분화 전략이다.

하지만 이 기술은 노화된 세포가 젊은 세포로 되돌아갈 수 있다는 것은 증명됐지만 종양의 형성과 암의 진행을 유발하는 부작용이 생긴다.

연구팀은 이에 따라 시스템생물학 연구방법을 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 부작용없이 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있는 핵심 조절인자를 탐구하기 시작해 4년만에 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 찾아냈다.

연구팀은 PDK1을 억제해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 다시 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있음을 분자 세포실험 및 노화 인공피부 모델 실험을 통해 입증했다.

이번 연구서 노화된 인간 진피 섬유아세포에서 PDK1을 억제했을 때 세포노화 표지 인자들이 사라지고 주변 환경에 적절하게 반응하는 정상세포로 기능을 회복하는 현상이 확인됐다.

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세포노화의 역행에 대한 표현형 검증. 노화된 세포에 PDK1 단백질 저해제(BX795)를 첨가하거나 mTOR와 NF-kB 저해제(Rapamycin과 JSH23)를 동시에 첨가했을 때 세포노화 표지 인자인 SA-β-Gal(senescence-associated beta-galactosidase)가 감소(그림 A~B)하고 세포 증식 마커인 EdU가 증가(C~D)하며 DNA 손상 반응 마커인 53BP1이 감소(C~E)하는 것을 확인할 수 있다. 자료:KAIST


연구진은 "노화된 인간 진피 섬유아세포에서는 PDK1이 mTOR와 NF-kB를 활성화해 노화와 관련된 분비 표현형을 유발하고 노화형질을 유지하는 것과 연관돼 있음을 밝혀냈다"면서 "이는 PDK1을 억제해 다시 원래의 정상적인 젊은 세포 상태로 안전하게 되돌릴 수 있음을 증명한 것"이라고 설명했다.

아모레퍼시픽 기술연구원은 이번 연구 결과를 바탕으로 동백추출물에서 PDK1 억제 성분을 뽑아 노화된 피부의 주름을 개선하는 화장품을 개발 중이다.

노화 현상을 막고 각종 노인성 질환을 사전 억제할 수 있는 치료제를 개발할 단서를 찾을 수 있을 것으로 평가받는 이번 연구결과는 국제학술지 '미국국립과학원회보(PNAS)' 최신호에 게재됐다.

조광현 교수는 "그동안 비가역적 생명현상이라고 인식돼왔던 노화를 가역화할 가능성을 보여줬다"며 "이번 연구는 노화에 적극적으로 대처해 건강 수명을 연장하는 한편 노인성 질환을 예방할 수 있는 새로운 시대의 서막을 열었다는데 의미가 크다"고 말했다.

이요한 기자 lyh4@springdaily.co.kr

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