작성일 : 25-05-22 04:54
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작성자 :
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스콧 피츠제럴드의 단편소설을 바탕으로 한 영화 <벤주가챠트
자민 버튼의 시간은 거꾸로 간다>의 한 장면. 이 영화는 노인으로 태어난 주인공이 나이를 거꾸로 먹어 건장한 사내가 됐다가 어린 아기로 죽는다는 기묘한 이야기를 통해 젊음과 노화, 시간의 의미 등을 곱씹게 한다. 우리 세포 안에는 DNA의 돌연변이를 고치는 활동을 하는 유전자가 많이 있는데 나이가 들수록 복구 능력이 떨어진다. DNA 복구 기능이 저하돼 체상한가예상종목
세포에 돌연변이가 축적되면 노화가 일어나고 마침내 생물학적 죽음을 맞이한다.
노화의 원인은 DNA 복구 기능 떨어지며 체세포 변이가 일어나는 것
인간 유전자는 개체가 젊을 때 자식을 낳는 방향으로 투자하도록 진화
그러나 현재 우리 사회는앳스타
아이 낳는 것에 어려운 환경을 만들고 있어
암의 원인은 한마디로 말해 DNA에 일어나는 돌연변이다. 우리 연구실에서도 국제 컨소시엄 참여나 대형병원과의 협업 등을 통해 암 돌연변이를 분석하는 연구들을 수행하고 있다. 우리 연구실의 박사 졸업생이 케임브리지대학에 가서 참여한 한 연구가 돌연변이-노화-암의 관계에 대한 매바다이야기 게임 다운로드
우 중대한 연구라는 평가를 받은 바 있다.
그것은 혈액세포의 돌연변이 분포를 사람의 나이에 따라 조사해보니 놀랍게도 딱 70세가 넘으면 특정 돌연변이들이 갑작스럽게 전체 세포 집단의 대부분을 차지하게 된다는 내용이었다. 연구진은 이와 같은 세포 집단 구성의 급격한 변화가 다양한 노화 현상을 설명할 수 있을 뿐 아니라, 암으로 진행되는 경로가 될 것이라고 설명하고 있다. 다른 세포에 비해 경쟁적으로 빠르게 분열하다가 급기야 조절 능력을 잃고 걷잡을 수 없이 퍼져 나가는 것이 바로 암이기 때문이다.
유방암 세포가 분열하는 모습을 포착한 전자현미경 사진. 암세포는 다른 세포에 비해 빠르게 분열해 걷잡을 수 없이 퍼져 나가 암을 일으킨다.
우리 세포 안에는 돌연변이를 고치는 유전자들이 활발하게 활동하고 있다. 그렇지 않았다면 유전을 통한 번식, 즉 생명이라는 것이 유지될 수도 없었을 것이다. 그러면 돌연변이 복구 기능이 있음에도 불구하고 암은 대체 왜 발생하는가. 그것은 자연 세계에서는 추위, 굶주림, 감염, 포식자와 같은 환경적 위험요소로 인해 기대수명이 워낙 낮기 때문에 생물학적으로 수명을 유지하는 데 불필요한 메커니즘은 진화되지 않았기 때문이다.
나이가 들수록 정자 형성 과정에서 생기는 돌연변이를 복구하는 능력이 떨어지는 것은 잘 알려져 있다. 자연적인 기대수명을 벗어나고 나면 더 이상 DNA 복구 기능을 활발하게 사용하지 않는다는 뜻이다. 우리 연구팀은 자폐증 환자 242명의 가계도 유전체를 분석하는 대규모 연구에 참여한 적이 있는데, 부모의 나이가 많을수록 자녀에게 물려준 변이의 개수는 증가했으며 그 평균 개수는 69개로 정상인 가계에서 나타나는 변이보다 1.5~2배 정도 많은 수치다.
이렇게 나이에 따라 감소되는 DNA 복구 기능의 문제가 체세포에서 나타나는 것이 바로 노화의 중요한 원인 중 하나다. ‘일회용 체세포’ 이론에 따르면 제한된 자원과 에너지는 그나마 생식세포의 유지에 사용되고, 번식으로 이어지지 않는 그야말로 일회용일 뿐인 체세포들은 더더욱 관리를 받지 못한다. 실제로 2021년 네이처에 보고된 논문 2편을 보면 인간의 체세포에서는 생식세포에 비해 무려 10~20배나 빠른 속도로 돌연변이가 축적된다. 또한 인간을 포함한 포유류 16종의 체세포 돌연변이 발생 속도를 조사해보면 이들의 야생에서의 기대수명과 정확히 반비례한다는 것이 관찰된다. 즉 자연 상태에서 사망할 정도의 나이에 이르면 종의 종류와 상관없이 거의 비슷한 양의 체세포 돌연변이가 축적된 상태에 도달한다는 것이다. 다시 말하자면, 체세포 돌연변이는 개체의 노화를 통해 생물학적 죽음을 초래하는데, 세포들은 거의 정확히 야생에서의 기대수명에 미칠 만큼만 DNA를 복구하고 있다는 것이다.
이런 논리를 따른다면 특히 기대수명이 낮은 가혹한 자연환경에서는 DNA 복구 기능이 더 일찍 멈추므로 그에 따라 암 발생률이 더욱 높을 것이라는 가설을 세워볼 수 있다. 실제로 188개 국가에 대한 17가지 다른 변수들을 통계학적으로 분석해보면 연간 평균기온이 낮은 곳일수록 암으로 인한 사망률이 높다는 것이 관찰된다. 특히 알래스카나 그린란드 등 극한 추위 속에 사는 이누이트나 아메리카 원주민 등의 암 발생률이 월등히 높다. 추운 환경에서는 체온을 유지하기 위한 높은 대사 스트레스로 인해 DNA 복구에 들어가는 자원과 에너지가 물리학적으로 제한되므로 자연히 암을 발생시키는 돌연변이가 증가했을 것이라고 추정할 수도 있다. 그러나 해석이 그렇게 간단하지는 않다. 최근 발표된 연구에 의하면 추운 조건으로의 노출은 오히려 암세포를 굶겨 죽이는 것과 비슷한 효과를 보일 수 있다. 또한 하버드 의대의 데이비드 싱클레어 교수는 자신의 저서 <노화의 종말>에서 간헐적으로 몸을 추위에 노출하는 것이 오히려 세포의 노화 방지 메커니즘을 작동시킨다고 주장한다.
무엇보다, 수십 세대에 걸쳐 그런 지역에서 살아온 사람들이 진화를 겪으며 적응해온 유전학적 결과를 고려해야 할 필요성이 있다. 다시 말하면 불리한 환경에서 DNA 복구 기능이 저해되고 암 발생률이 높아지는 것은 진화를 통해 애초부터 유전자에 의해 그렇게 프로그래밍된 결과일 수 있다는 것이다. 실제로 극히 추운 기후나 높은 고도와 같은 극한 환경에 사는 사람들의 유전자를 집단유전학적으로 분석해보니, 암의 발생을 높이는 변이들이 이러한 환경에 적응하는 데 진화적으로 유리하게 작용했다는 사실이 확인되었다. 다시 말하면 단순히 추운 ‘날씨’에 의한 물리학적 부작용으로 암이 발생하는 것이 아니라, 추운 ‘기후’에서의 진화적 적합도를 높인 유전자 변이들이 생물학적으로 암 발생률을 높인다는 것이다.
이러한 현상을 설명할 수 있는 것이 바로 ‘길항적 다면발현’ 이론이며, 이 이론에 따라 가장 많이 연구된 것이 바로 생식 능력과 노화 간의 관계다. 이 이론에 따르면 젊을 때 번식에 유리하게 작용하던 변이가 그 반대급부로 나이가 들어서는 노화를 촉진하는 방향으로 작동할 수 있다. 거칠게 말하면, DNA 복구를 덜 하고 대신 빠르게 세포를 분열하는 것이 젊은 시절의 성장과 생식세포의 활발한 생산 등 생식 기능의 발달에 유리한 대신 이것이 장기적으로는 암을 유발할 수 있다는 개념이다. 위에서 예로 든 추운 기후에서처럼 어차피 자연적 기대수명이 낮은 상황이라면 유전자 입장에서는 사람이 젊을 때 번식을 촉진하는 것이 유리하다. 즉 이런 환경에서는 DNA 복구를 덜 하면서 빠르게 세포를 분열해 젊을 때 번식 성공률을 높였던 변이들이 높은 진화적 적합도를 보였을 것이고, 그 반대급부로 노년의 암 발생 가능성을 높였을 것이다.
실제로 생식 기능과 암 발생 간의 이러한 길항적 관계는 상당히 잘 알려져 있다. 대표적으로 어린 시절 혹은 성장기에 발육이 빨랐던 사람들이 나이가 들어 유방암이나 전립선암에 걸릴 확률이 높다는 결과들이 있다. 사실 유방암의 80~90%는 암세포 자체에 여성호르몬 수용체가 있어서 실상 이들 암은 여성호르몬을 먹고 자란다고 말할 수 있다. 젊은 시절 여성의 생식기관을 발달시키고 그 기능을 발현하는 에스트로겐이 유관 상피세포를 증식시키는 과정에서 돌연변이를 축적시켜 유방암을 발생시키는 것이다.
또한 DNA 복구에 관여하는 대표적 유전자인 BRCA1과 BRCA2에 생기는 변이는 DNA 복구 기능을 떨어뜨려 난소암과 유방암 발생 가능성을 높이는데, 이 변이를 가진 사람들이 자녀의 수, 유산율, 출산 간격, 초산 나이 등의 측면에서 생식 기능이 더 우월하다는 것이 관찰되기도 했다. DNA 손상에 대처하는 기능으로 가장 대표적인 암 유전자로 꼽히는 P53 역시 생식 능력의 조절과 관련해 핵심적인 역할을 한다는 것이 알려져 있으며, 실제로 이 유전자에 나타나는 특정 변이들은 수정란 착상 과정에 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 인간의 암만큼 많이 연구되어 있지 않지만 동물에서도 유사한 예들을 찾을 수 있다. 예를 들면 동물들의 번식 경쟁의 대표적인 예로 언급되는 사슴 뿔의 경우, 뿔의 크기가 클수록 암과 같이 비정상적으로 자라는 조직이 더 많이 관찰된다. 또한 암탉은 생식력을 극대화한, 즉 알을 많이 낳도록 개량되어 가축화된 종에서만 높은 빈도의 난소암이 관찰된다.
이와 유사한 예는 인간이 겪는 가장 비극적인 질병 중 하나인 알츠하이머, 즉 치매에서도 발견된다. 알츠하이머의 위험도를 높이는 유전자 변이들이 주로 면역세포에서 작용한다는 것을 밝힘으로써 뇌에서 일어나는 퇴행 현상이 면역학적으로 설명되기 시작했다. 노화에 관한 면역학적 이론에 따르면, 면역체계가 점차 자기 자신과 외래 물질을 구별하는 능력을 잃어감에 따라 개체 자신의 정상적인 세포들을 공격하고 파괴하게 되고 이것이 노화의 원인 중 하나가 된다. 그런데 놀랍게도 알츠하이머 발병을 높이는 이러한 변이들이 인간 진화에 있어서 유리한 방향으로 작용한 흔적이 관찰되었다.
특히 알츠하이머의 가장 강력한 유발 인자로 알려진 APOE4 변이는 염증 반응을 통해 감염에 대한 면역반응을 강화해 생존에 유리하게 작용하지만, 만성적인 염증 반응이 장기적으로는 뇌신경의 노화라는 결과로 돌아오게 된다. 게다가 2023년 ‘사이언스 어드밴스’에 발표된 연구에 따르면 APOE4 변이는 암 유전자 변이들과 유사한 ‘길항적 다면발현’ 양상을 보인다. 즉 감염 위험성이 높으며 피임하지 않고 자연 생식에 의존하는 환경에서는 APOE4 변이를 가진 여성들이 자녀의 수가 많고, 초산 나이는 어리며, 출산 간격은 짧다는 게 관찰된 것이다. APOE4가 제공하는 면역학적 건강이 여성들의 신체가 젊은 시절의 성장과 생식에 더 투자할 수 있도록 돕는 것이다. 암과 마찬가지로 치매 역시 젊을 때의 생존과 번식을 위해 치른 대가로 돌아오는 노화의 결과라는 것이다. 야생에서의 기대수명이 높은 상황이었다면 자식을 낳고 난 후에도 DNA를 열심히 복구하며 건강하게 오래 살 수 있었겠지만, 불행히도 인간이 살아온 ‘자연환경’은 그렇지가 못했기에 유전자들은 개체의 건강을 챙겨 장수하게 하는 대신 개체가 빨리 자식을 낳는 방향으로 투자하도록 진화해왔다. 즉 진화의 법칙에 의해 우리는 우리 자손과 스스로의 건강을 맞바꾸도록 강요되고 있는 것이다.
그런데 특히 오늘날 대한민국에 사는 많은 현대인들은 출산을 회피하고 있다. 정당한 거래라면 자손을 포기하는 대신 건강을 보장받아야 하는데, 실제로는 그렇지 못하다. 아이를 갖지 않는다고 해서 번식을 촉진하는 대가로 노화와 암과 치매를 유발하는 유전자들의 작동이 멈추는 것은 아니기 때문이다. 그러니 가능하다면 아이를 낳는 것이 손해를 덜 보는 장사다. 그러나 이제는 우리가 만들어낸 사회환경이 아이 낳는 것을 어려운 장사로 만들고 있다. 많은 과학자들이 자연의 횡포에 맞서는 방법들을 개발하고 있고 꾸준한 진전이 이루어지고 있다. 반면 아이 낳기 좋은 사회를 만들고자 하는 노력의 결실은 아직도 요원한 듯싶다.
■최정균 교수
카이스트 교수로 2009년부터 재직하며 인간유전체학을 연구하고 있다. 연구목표는 암을 비롯한 여러 질병의 유전학적 원인 규명과 진단 및 치료기술 개발이며, 진화론을 접목하고 인공지능(AI)을 활용하는 데 관심이 많다. 아산의학상, 과학기술정보통신부 선정 과학기술인상을 포함해 여러 학회의 학술상을 수상하였고, 과학기술한림원 선도과학자, 포스코사이언스펠로십에 선정된 바 있다.
최정균 카이스트 교수
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