암을 비롯한 많은 질병은 노화와 관련이 있으며 기대 수명이 증가함에 따라 더욱 만연해지고 있다. 따라서 이러한 상태를 처리하고 건강한 노화를 촉진하려면 이러한 과정을 연구하고 이해하는 것이 중요하다.
노화연구 분야 중 하나는 회춘, 즉 노화된 세포나 조직에서 젊은 세포의 특성을 회복하는 것이다.
ICREA 연구원인 마누엘 세라노(Manuel Serrano) 박사가 이끄는 IRB 바르셀로나의 세포 가소성 및 질병 연구소 과학자들은 세포 재프로그래밍을 통해 일부 마우스 장기와 조직을 젊어지게 했다. 특히 과학자들은 동물의 췌장, 간, 비장 및 혈액에서 상당한 변화를 관찰했다.
"이 작업은 생체 내 재프로그래밍 및 세포회춘의 초기 과정을 확인하고 약물에 의해서든 영양 수준에서든 향후 연구에서 수정할 수 있는 과정을 정확히 찾아내려고 했다."라고 Serrano 박사는 설명한다.
Yamanaka 요인과 세포 재프로그래밍
우리 몸의 모든 조직에는 뉴런이나 근육세포와 같은 고도로 전문화된 세포가 있다는 특징이 있다. 일본 연구원 야마나카 신야가 "야마나카 인자"(OCT4 , SOX2, KLF4 및 MYC)에 포함된다. 이러한 단백질이 우리 세포의 일부에서 발견될 수 있지만, 세포 정체성을 변경할 수 있는 것은 4가지 모두의 높은 수준이 동시에 존재하기 때문이다.
이 회춘기술은 이전에는 상상할 수 없었던 것을 가능하게 한다. 즉, 환자로부터 쉽게 얻을 수 있는 세포(예: 피부 세포)를 채취하여 이를 수집하기 어렵거나 불가능한 다른 세포(예: 심장 세포 또는 뉴런)로 변환한 다음 다시 채취할 수 있다. 세포 치료 응용 프로그램에 사용된다.
이러한 발전 덕분에 Yamanaka 박사는 발견 6년 만에 2012년에 노벨의학상을 수상했다.
2013년 María Abad 박사와 Serrano 박사가 주도한 연구에서는 실험 동물 내부에서 성공적인 세포 재프로그래밍, 즉 초기 세포를 추출하여 시험관 내에서 재프로그래밍 하고 이식할 필요없이 성공적인 세포 재프로그래밍에 대해 보고했다. 그러나 살아있는 유기체에서 세포의 정체를 변경하면 조직에 상당한 불형이 발생하여 기능을 상실하고 결국 배아 상태의 전형적인 기형종이라는 종양 유형을 유발한다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 그럼에도 불구하고, 이러한 발견은 동물에서 직접 재프로그래밍을 연구하는 길을 열었다.
장기 회춘의 이정표
3년 후, La Jolla(캘리포니아)에 있는 Dr. Juan Carlos Izpisúa-Belmonte의 실험실은 동물에서 재프로그래밍이 시작되고 중간에 중단되었을 때 세포가 초기 정체성으로 돌아가 세포 불균형과 기형종을 예방한다는 사실을 관찰했다.
놀랍게도 Izpisúa-Belmonte 박사의 팀은 이 부분적이고 가역적인 재프로그래밍 과정이 여러 주기에 걸쳐 반복될 때 전체 유기체의 세포 회춘을 초래하여 생쥐를 더 건강하게 만들고 다양한 질병에 대해 더 잘 보호할 수 있다는 것을 관찰했다.
따라서 2016년에 이 세포 회춘 방법은 아직 완전히 이해되지 않고 수많은 연구실의 연구 초점이 되어 엄청난 관심을 불러일으켰다.
노화를 이해하는 또 다른 단계
Aging Cell 저널에 발표된 이 최신 연구에서 연구자들은 관련된 메커니즘을 더 잘 정의하기 위해 Yamanaka 인자 자극의 단일 주기 효과를 조사했다. 이를 위해 노화 동안 발생하는 대사, 유전자 발현 및 세포 DNA 상태의 변화와 이러한 변화가 재프로그래밍에 의해 부분적으로 역전되는 방법을 조사했다.
논문의 제1저자인 Dafni Chondronasiou 박사는 "우리는 회춘 과정의 초기 효과를 연구하고 싶었고 분자 수준, 특히 췌장에서 이러한 명백한 개선을 보는 것은 즐거운 놀라움입니다."라고 말했다.
이 작업은 약 20개의 국제 기관과 협력하여 수행되었다. 주목할 만한 것은 바르셀로나 발 데브론 종양 연구소의 마리아 아바드 박사, 스페인국립연구위원회(CINN-CSIC)의 마리오 프라가 박사, 오비에도 대학(IUOPA) 및 아스투리아스의학연구소(ISPA); 파리의 Gustave Roussy 연구소의 Guido Kroemer 박사와 최근 알토스 연구소의 캠브리지 연구소 소장으로 임명된 Dr. Wolf Reikat(영국) 캠브리지의 Babraham 연구소등이 참여했다.
인터넷에서 읽은 모든 것과 마찬가지로 이 기사도 의학적 조언으로 해석되어서는 안 된다. 건강 루틴을 변경하기 전에 의사나 주치의와 상의해야한다.
Multi-omic rejuvenation of naturally aged tissues by a single cycle of transient reprogramming
First published: 02 March 2022
Abstract
The expression of the pluripotency factors OCT4, SOX2, KLF4, and MYC (OSKM) can convert somatic differentiated cells into pluripotent stem cells in a process known as reprogramming. Notably, partial and reversible reprogramming does not change cell identity but can reverse markers of aging in cells, improve the capacity of aged mice to repair tissue injuries, and extend longevity in progeroid mice. However, little is known about the mechanisms involved. Here, we have studied changes in the DNA methylome, transcriptome, and metabolome in naturally aged mice subject to a single period of transient OSKM expression. We found that this is sufficient to reverse DNA methylation changes that occur upon aging in the pancreas, liver, spleen, and blood. Similarly, we observed reversion of transcriptional changes, especially regarding biological processes known to change during aging. Finally, some serum metabolites and biomarkers altered with aging were also restored to young levels upon transient reprogramming. These observations indicate that a single period of OSKM expression can drive epigenetic, transcriptomic, and metabolomic changes toward a younger configuration in multiple tissues and in the serum.
