하이라이트

 · 어린 쥐의 혈액은 세포외 소포(EV)라고 하는 혈액 내 막으로 묶인 패키지를 통해 노화된 근육을 젊어지게 한다. 

· 노화는 EV가 운반하는 화물에 영향을 미치며, 클로토(Klotho)라고 불리는 장수 단백질을 코딩하는 mRNA 수준을 감소시킨다.

 ·Klotho mRNA가 포함된 EV를 주입하면 근육 재생이 개선되어 젊은 쥐의 혈액이 노화된 근육에 미치는 영향을 복사할 수 있다. 

 

연구원들이 젊은 쥐와 늙은 쥐의 혈관을 함께 파종하여 두 설치류 사이에 혈액이 교환되도록 한 일부 기이한 프랑켄슈타인과 유사한 연구에서 연구자들은 순환 요인이 재생과 회춘에 중요한 역할을 한다는 것을 보여주었다. 혈액은 이산화탄소와 같은 노폐물을 제거하면서 세포에 산소, 영양소, 호르몬을 운반하는 것 외에도 근육을 포함한 줄기세포와 조직의 노화와 기능에 영향을 미치는 요인을 운반한다. 이러한 요인 중 많은 부분이 자유롭게 순환하는 단백질로 확인되었지만, 연구에 따르면 세포외 소포(EV)라고 하는 세포에서 분비되는 막성 나노입자가 있으며, 이는 해부학적으로 원격 사이트 사이를 이동하고 생체 분자 전달자 역할을 한다.

 

네이처 에이징(Nature Aging)에 발표된 연구에서 피츠버그 대학 의료 센터(UPMC) 연구원들은 특정 유전 물질을 운반하는 전기자동차가 노화된 근육 재생에 대한 어린 쥐의 혈액의 유익한 효과를 유도한다는 것을 보여준다. Sahu와 동료들은 장수 단백질 α-Klotho(Klotho)를 인코딩하는 mRNA를 포함하는 EV가 늙은 골격근에 대한 어린 쥐의 혈액 효과를 모방할 수 있음을 보여준다.

 

UPMC International의 재활 이사이자 Pitt의 물리 의학 및 재활 부교수인 선임 저자인 Fabrisia Ambrosio 박사는 "우리는 몇 가지 이유로 이 연구에 대해 매우 흥분하고 있다."고 말했다. “어떤 면에서는 근육 재생이 어떻게 작동하고 나이가 들어 감에 따라 작동하지 않는지에 대한 기본 생물학을 이해하는 데 도움이 된다. 그런 다음 그 정보를 다음 단계로 가져 가면 이러한 노화 관련 결함을 중화시키는 치료제로 세포 외 소포를 사용하는 것에 대해 생각할 수 있다.”

 

 

(출처: Genetic Engineering & Biotechnology News) 순환하는 세포외 소포에서 밝혀진 근육 회춘 인자 Klotho. 어린 동물의 혈액에 있는 세포외 소포(EV)는 나이든 동물의 순환하는 EV(오른쪽)에 비해 녹색 가닥으로 표시된 더 많은 Klotho 전사체(왼쪽)를 가지고 있다. 순환하는 EV 유래 Klotho 전사체의 연령 관련 감소는 손상된 노화 동물의 골격근 기능 재생을 둔하게 하고, 이는 손상된 노화 골격근을 어린 EV로 치료함으로써 적어도 부분적으로 되돌릴 수 있다. [Fabrisia Ambrosio & Amrita Sahu]

 

어린 쥐의 혈액 노출로 젊어지는 노화된 근육

순환 인자는 조직 균형과 재생을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 표적 조직에 대한 이러한 순환 인자의 영향을 확인하는 데 사용되는 한 가지 접근 방식은 젊고 오래된 생쥐를 외과적으로 연결하는 것이다. 이 절차는 이색성 혈액 교환을 가능하게 한다. 두 동물의 순환계가 결합되어 늙은 쥐가 젊은 쥐의 순환 인자에 노출되고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 이 모델은 골격근을 포함한 줄기세포 및 조직의 기능에 대한 연령 관련 요인의 영향에 대한 귀중한 통찰력을 제공했다. 

 

노화된 조직 기능에 대한 이시성 공생 생물의 유익한 효과를 조사하는 대부분의 연구는 주로 자유 순환 단백질에 초점을 맞추었다. 그러나 점점 더 많은 연구 결과에 따르면 세포에서 분비되는 많은 생체 분자가 EV 내부에 포장되어 해부학적으로 원격 사이트 사이를 이동하고 단백질 및 유전 물질의 전달자 역할을 한다. EV는 혈장, 혈청, 소변, 타액 및 뇌척수액을 포함한 대부분의 체액에서 확인되었다. 새로운 증거는 EV 내의 mRNA 화물이 기능을 조절하기 위해 다양한 조직의 세포를 표적으로 하고 재프로그래밍할 수 있음을 시사한다.

 

세포간 통신에서의 강력한 역할을 감안할 때 EV 및 화물의 연령 관련 변경이 연령 관련 질병과 점점 더 관련되어 있다는 것은 놀라운 일이 아니다. 그러나 순환하는 EV가 늙은 쥐의 골격근 재생에 대한 젊은 혈액의 '회춘' 효과를 매개하는지 여부는 조사되지 않았다. 수석 저자인 Amrita Sahu, Ph.D., Ph.D., 물리의학 및 피트 재활과 박사후 연구원은 "우리는 세포외 소포가 혈액과 다른 체액을 통해 세포 사이를 이동하기 때문에 근육 재생에 기여할 수 있는지 궁금했다.”고 말했다.  “병 속의 메시지처럼 EV는 표적 세포에 정보를 전달한다.”

 

순환하는 세포외 소포는 노화된 골격근의 재생을 조절한다.

 

이 연구에서 Sahu와 동료들은 노화된 근육 줄기세포와 골격근 재생 캐스케이드에 대한 젊은 혈청의 유익한 효과에 대한 순환 EV의 기여도를 평가했다. UPMC 연구원들은 젊은 혈청이 근육 줄기 세포에서 나온 노화된 근육 세포 자손에게 젊음의 생체 에너지 및 근육 생성 프로필을 복원한다는 것을 보여주었다. 이 효과는 순환하는 EV의 존재 여부에 따라 다르다. 더욱이, 젊은 EV 카고는 표적 근육 세포에서 미토콘드리아 구조와 기능을 보존하는 반면, 노화된 EV 카고는 미토콘드리아 기능 장애를 전파한다.

 

Sahu와 동료들은 다음으로 순환하는 EV가 이전에 보고된 젊은 혈청이 쥐의 골격근 재생에 미치는 유익한 효과에 기여하는지 여부를 평가했다. 이를 위해, 나이든 마우스는 EV가 고갈된 그대로 또는 고갈된 젊은 혈청의 연속 꼬리 정맥 주사를 받았다. 손상 후 11일까지, 혈액 교환은 근섬유 단면적 및 수축성 테스트에 의해 각각 결정된 바와 같이 골격근 재생 및 기능 회복을 상당히 향상시켰다. 그러나 순환하는 EV가 없으면 근육의 재생 잠재력에 대한 젊은 혈청의 유익한 효과가 손실되었다. 이것은 노화된 근육 재생 및 기능에 대한 젊은 혈청의 유익한 효과가 순환하는 EV에 적어도 부분적으로 의존한다는 것을 보여준다.

 

 

(Sahu et al., 2021 | Nature Aging) 노화된 근육 재생에 대한 젊은 혈청의 유익한 효과는 순환하는 EV에 달려 있다. 대조군(가짜), 젊은 혈청 또는 EV 고갈된 젊은 혈청 치료를 받은 생쥐에서 손상된 근육을 재생하는 데 근육 섬유(좌측 상단) 및 생성된 힘(우측 상단)의 단면적 정량화. 식염수, 젊은 혈청 EV 또는 노화된 혈청 EV를 받은 나이든 생쥐의 손상된 경골 근육에서 재생 섬유(왼쪽 하단) 및 생성된 힘(오른쪽 하단)의 수를 정량화 한다.

 

EVs 내의 Klotho mRNA는 기능적 골격근 재생에 기여한다.

 

젊은 혈청의 유익한 효과를 주도하는 것이 무엇인지 이해하기 위해 Sahu와 동료들은 EV 화물 목록을 작성했다. 그들은 EV가 Klotho의 mRNA 수준에서 연령 관련 감소를 나타낸다는 것을 발견했다. 이 장수 단백질은 미토콘드리아 생체 에너지 및 골격근 건강 유지와 긍정적인 관련이 있다. 특히, 연구자들은 근육 전구 세포 생체 에너지 및 골격근 재생에 대한 젊은 EV의 영향이 Klotho mRNA의 존재에 의존한다는 것을 발견했다.

 

근육 재생에 대한 어린 EV의 유익한 효과가 Klotho 전사 수준에 의존한다는 것을 보여주기 위해 Sahu와 동료들은 Klotho를 인코딩하는 유전 물질의 절반이 삭제되었거나 유전적으로 변경되지 않은 어린 쥐에서 분리된 EV를 늙은 쥐에 주입했다. Klotho mRNA 수준이 현저히 감소했다. 완전한 유전 물질 세트를 가진 쥐로부터 EV를 받은 동물과 비교할 때, Klotho를 인코딩하는 유전 물질의 절반이 없는 어린 쥐로부터 EV를 받은 나이든 동물은 큰 근섬유의 현저한 감소, 근섬유 흉터(섬유증) 증가 및 힘 회복 장애를 나타냈다.

 

 

(Sahu et al., 2021 | Nature Aging) 클로토가 결핍된 마우스의 세포외 소포(EV)는 골격근 재생을 감소시켰다. Klotho(KL+/+) 또는 하프 세트(KL+)를 인코딩하는 유전 물질의 전체 세트가 있는 생쥐로부터 EV를 받은 나이든 생쥐의 손상된 경골 근육에서 재생 섬유 수(b; 왼쪽) 및 생성된 힘(c; 오른쪽) //).

 

이 실험을 뒤집어서 Sahu와 동료들은 Klotho를 암호화하는 유전 물질의 절반을 가진 쥐를 가져와 EV가 합성 Klotho mRNA를 생성하도록 조작했다. UPMC와 피츠버그 대학의 연구원들이 이러한 유전적으로 조작된 EV를 부상당한 나이든 쥐에게 주사했을 때, 그들은 Klotho 유전 물질이 없는 대응물과 비교할 때 근섬유 크기가 크게 개선되고 섬유증이 감소하는 것을 관찰했다. 종합하면, 이러한 발견은 순환하는 EV 내의 Klotho 전사체가 기능적 골격근 재생을 촉진한다는 결론을 뒷받침한다.

 

 

 

 

(Sahu et al., 2021 | Nature Aging) 세포외 소포(EV) 내의 Klotho mRNA는 골격근 재생에 기여한다. 대조군 또는 합성 Klotho(synKL) mRNA가 로드된 Klotho(Kl+/-)에 대한 유전 물질의 절반이 있는 생쥐로부터 EV를 받은 나이든 생쥐에서 손상된 경골 근육의 대표적인 이미지(g) 및 섬유 단면적(h) 분석. 대조군이 로드된 클로토(Kl+/-)에 대한 유전 물질의 절반이 있는 생쥐로부터 EV를 받은 나이든 생쥐의 손상 부위에서 근섬유를 재생하는 미토콘드리아 마커 숙시네이트 탈수소효소 소단위 A(SDHA)의 이미징(j) 및 정량화(k) 또는 합성 클로토(synKL) mRNA.

 

함께, 이러한 발견은 순환하는 EV 내의 Klotho 전사체가 노화된 골격근 재생의 전신 조절에 기여함을 시사한다. Ambrosio는 "EV는 노인의 근육 재생 능력을 높이고 부상 후 기능 회복을 개선하는 데 도움이 될 수 있다."고 말했다. 그는 우리가 표적 세포의 반응을 지시할 수 있도록 특정 화물로 EV를 엔지니어링하는 것에 대해 매우 흥분하고 있다고 말한다. 순환하는 EV가 골격근 재생의 연령 관련 감소를 약화, 예방 또는 역전시킬 수 있는 잠재력에 대한 향상된 기계적 이해는 증가하는 노령화 인구의 이익을 위한 EV 기반 치료 접근법의 개발을 향한 길을 닦는 데 도움이 될 수 있다.