주요 연구성과
NEW 박대찬 교수 연구팀, 세포 노화 타이머를 제어할 수 있는 새로운 방법 발견
- 2021-03-02
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아주대학교와 서울대학교 공동 연구팀이 세포 노화 타이머를 제어할 수 있는 새로운 방법을 발견했다. ‘세포 분열의 타이머’로도 불리는 텔로미어가 새롭게 재구성된 사례를 발견한 것으로, 세포 노화의 비밀을 푸는 단서가 될 것으로 보인다.
아주대 박대찬 교수(생명과학과·대학원 분자과학기술학과)와 서울대 이준호 교수가 교신저자로 함께 한 이번 연구는 자연과학 분야 세계적 학술지인 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF=12.121)> 2월17일자에 게재되었다. 우리 학교 대학원 분자과학기술학과 김다은 학생이 공동저자로 참여했다.
논문 제목은 ‘배아줄기세포에서 텔로미어 서열이 아닌 서열로 만들어진 텔로미어(Telomeres reforged with non-telomeric sequences in mouse embryonic stem cells)’이다.
우리 몸을 구성하는 세포는 분열하고 증식하며 생명 현상을 유지한다. 그러나 세포는 무한히 분열할 수 없으며 분열 과정에서 일정 부분의 유전 정보가 사라지도록 설계되어 있다.
텔로미어는 염색체 말단의 보호 구조로, 세포 분열 시 유전 정보를 대신해 사라지는 보호막 역할을 수행한다. 텔로미어의 길이가 일정 수준 이하로 짧아지면 세포는 분열을 멈추는 세포 노화 상태로 들어간다. 그러나 생식 세포나 줄기 세포, 암세포처럼 활발히 분열하는 세포는 ‘텔로머레이즈’라는 효소를 사용해 텔로미어의 길이를 유지하고 무한한 분열 능력을 가진다.
따라서 세포들이 정상적인 기능을 할 수 있도록 텔로미어의 길이와 분열 수를 조절하는 것이 중요하다. 특히, 텔로미어 유지 기전에 대한 정확한 이해는 부작용 없는 항암 전략, 노화 지연 등을 위한 이론적 기반이 된다.
일부 암세포에서는 ‘대안적인 텔로미어 유지기전(ALT, Alternative Lengthening of Telomeres)’이라는, 텔로머레이즈 효소를 활용하지 않고 텔로미어를 유지할 수 있는 기전이 발견되었다. 그런데 인간 암세포의 경우, ALT를 사용하더라도 일반적인 반복서열을 지닌 텔로미어의 사례만 보고되어 있었다.
연구팀은 이러한 일반적인 반복서열을 보이는 텔로미어가 아닌 다른 구성을 가지는 형태로 재구성된 사례를 포유류 모델 최초로 확인하는 데 성공했다. 텔로머레이즈가 불활성화된 생쥐 배아줄기 세포 배양 중 아주 일부의 세포에서 ALT가 활성화되어 정상적인 분열 속도를 회복한 것. 이때의 ALT 세포는 단순반복 서열이 아닌 독특한 서열이 증폭된 구조를 보였다.
박대찬 교수 연구팀은 이를 ‘mTALT (mouse template for ALT)’라고 명명했으며, 이를 통해 인간 암세포에도 또 다른 형태의 텔로미어가 존재할 가능성을 찾아냈다.
또한, 연구팀은 ALT가 실제 작동하는 과정을 추적하기 위해 텔로미어 길이가 정상적인 세포, 노화 상태에 있는 세포, ALT가 활성화된 이후의 세포 등 다양한 시점의 생쥐 배아줄기 세포에 유전체, 전사체, 단일세포 전사체, 단백질체 분석 등 다양한 오믹스 기법을 활용했다. 이를 통해 ALT 세포의 분자적인 특징을 규명하는 데 성공했다.
연구팀은 "이번 연구를 통해 인간 암 세포에서 또 다른 형태의 텔로미어가 존재할 가능성이 드러났다“며 ”텔로미어라는 개념이 염색체 끝 부분의 반복서열구조와 텔로머레이즈 효소로 이루어진 단순 공식이 아니라 염색체 끝을 보호하는 다양한 기전을 총칭하는 말로 확장되는 데 기여하게 됐다"고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업, 중견연구자지원사업 지원으로 수행되었다.
세포 분열에 의한 텔로미어의 변화와 ALT 기전 활성화 설명 모델