5개 종에 걸친 이 장수 연구는 노화를 역전시키는 새로운 경로를 발견했습니다

우리 몸의 분자 기계는 나이가 들면서 고장납니다.

DNA는 돌연변이를 축적합니다. 그들의 보호 끝이 침식됩니다. 세포의 에너지 공장인 미토콘드리아가 흔들리고 무너집니다. 면역 체계가 무너집니다. 줄기 세포의 예비 풀은 줄어들고 일부 성숙한 세포는 좀비와 같은 상태에 들어가 환경에 독성 화학 물질을 분출합니다.

그림은 끔찍하게 들리지만 모든 것이 나쁜 소식은 아닙니다. 노화는 복잡한 퍼즐입니다. 개별 조각을 찾아냄으로써 과학자들은 우리가 노화하는 방법과 이유에 대한 전체 그림을 수집하고 노화 관련 증상을 방지할 수 있는 새로운 방법을 설계할 수 있습니다.

이미 성공한 사례가 있습니다. 세놀리틱스—좀비 세포를 죽이는 약—이미 임상 시험 중. 부분 재프로그래밍세포의 정체성을 지우고 줄기 세포와 같은 상태로 되돌리는 는 유망한 대체 치료법으로 주목 받고 있으며 실리콘 밸리에서 가장 뜨거운 장수 투자 중 하나입니다.

새로운 연구 in 자연 노화 퍼즐의 또 다른 조각을 찾았습니다. 벌레, 파리, 생쥐, 쥐, 인간 등 진화적 규모의 다섯 종에서 팀은 신체 내부의 모든 단일 세포에 동력을 공급하고 나이가 들면서 분해되는 중요한 분자 과정을 연마했습니다.

전사라고 불리는 이 과정은 우리의 유전 물질을 단백질로 바꾸는 첫 번째 단계입니다. 여기에서 DNA 문자는 RNA라고 하는 "메신저"로 재작업되며 정보를 세포의 다른 부분으로 이동시켜 단백질을 만듭니다.

과학자들은 전사가 노화에 따라 잘못될 수 있다고 오랫동안 의심해 왔지만 새로운 연구는 그렇지 않다는 증거를 비틀어 제시했습니다. 테스트한 XNUMX종 모두에서 유기체가 나이가 들면서 그 과정이 놀라울 정도로 빨라졌습니다. 하지만 눈가리개를 하고 타이핑을 더 빨리 하려는 것처럼 오류율도 급증했습니다.

수정 사항이 있습니다. 수명을 연장하는 것으로 알려진 두 가지 중재를 사용하여 팀은 생쥐를 포함한 여러 종의 전사 속도를 늦출 수 있었습니다. 엉성한 전사를 역전시키는 유전적 돌연변이는 또한 벌레와 초파리의 수명을 연장하고 인간 세포의 분열 및 성장 능력을 강화했습니다.

노화의 새로운 특징은 사람이 테스트할 준비가 거의 되어 있지 않습니다. 그러나 "우리가 어떻게 그리고 왜 노화하는지 이해하는 근본적이고 새로운 영역을 열어줍니다." 말했다 연구에 참여하지 않은 UNSW Sydney의 Lindsay Wu 박사.

유전자 편집기

우리의 유전적 청사진을 단백질로 바꾸는 것은 XNUMX단계 과정입니다.

첫째, DNA의 네 글자(A, T, C, G)가 RNA로 전사됩니다. 또한 XNUMX개의 문자로 구성된 RNA는 기본적으로 DNA의 제한된 공간을 통과하여 세포의 단백질 제조 공장에 메시지를 전달할 수 있는 분자 노트입니다. 그곳에서 RNA는 단백질 언어로 번역됩니다.

DNA를 RNA로 바꾸는 첫 번째 단계는 생각보다 어렵습니다. 공간을 절약하기 위해 DNA는 XNUMX개의 아스파라거스 줄기를 둘러싼 베이컨처럼 히스톤이라는 단백질 그룹을 단단히 감쌉니다. 이것은 유전 정보를 효과적으로 "숨겨서" 세포가 읽을 수 없게 만듭니다.

DNA를 풀고 전사를 준비하려면 단백질 도우미 마을 전체가 필요합니다. 그러나 스타는 Pol II(RNA 폴리머라제 II)로, DNA 가닥을 따라 이동하여 pre-RNA라고 불리는 초기 버전의 RNA로 변환하는 데 도움을 주는 거대한 다중 복합체입니다.

장황한 문장처럼 pre-RNA는 스플라이싱(splicing)이라고 하는 과정인 단백질 구축을 위해 더 작은 서열로 복사 편집됩니다. Pol II는 전체 프로세스를 간과하여 수십만 개의 RNA가 완벽하게 만들어지도록 합니다.

그러나 나이가 들어감에 따라 프로세스가 저하됩니다. 아무도 그 이유를 알아내지 못했습니다.

새로운 연구는 다음과 같이 질문했습니다. 전사 쇼의 스타를 연마하지 않는 이유는 무엇입니까?

스패닝 종

노화 특징을 해독하는 데 걸림돌이 있습니다. 잠재적인 리드는 한 종에만 관련될 수 있습니다.

새로운 연구는 21종을 조사하여 문제를 정면으로 다루었습니다. RNA 시퀀싱이라는 기술을 사용하여 Pol II가 서로 다른 연령대의 벌레, 초파리, 생쥐, 쥐 및 인간 세포의 DNA를 굴릴 때 속도를 포착했습니다. 인간 샘플은 70개의 "불멸" 배양 세포주와 함께 XNUMX세에서 XNUMX세 범위였습니다.

보다 포괄적인 보기를 위해 팀은 뇌, 간, 신장 및 혈액을 포함한 여러 장기의 샘플을 테스트했습니다.

결과는 의외로 돌아왔다. 모든 종에는 고유한 Pol II "속도 서명"이 있지만 경향은 동일했습니다. Poll II는 조사된 모든 조직에서 나이가 들어감에 따라 종 전체에서 속도가 빨라졌습니다. 정확한 유전자나 조직은 중요하지 않았습니다. 연령 관련 변화는 여러 종에서 약 200개의 서로 다른 유전자를 포함했습니다. Pol II 속도 향상은 지역적 변화라기보다 보편적인 노화 지표로 보였습니다.

그러나 속도와 함께 오류가 발생했습니다. pre-RNA를 편집하는 스플라이싱은 Pol II 속도가 Goldilocks 영역에 있어야 합니다. 속도를 높이면 이전 연구에서 "고령화 및 수명 단축과 관련이 있는" 잘못된 번역의 위험이 높아진다고 저자는 설명했습니다.

"Pol II의 속도가 빨라지면 Pol II의 교정 능력이 저하되기 때문에 더 많은 전사 오류가 발생할 수 있습니다."라고 그들은 말했습니다.

시간을 되돌리다

오버드라이브의 Pol II가 노화에 기여한다면 노화를 늦추고 노화를 방지할 수 있을까요?

한 테스트에서 팀은 노화를 지연시키는 두 가지 잘 알려진 치료법인 인슐린 신호 억제와 칼로리 제한을 활용했습니다. 벌레, 파리, 생쥐에서 인슐린 감지 경로를 유 전적으로 방해하면 Pol II의 속도가 느려집니다. 노년기가 아닌 성인 초기와 중년기에 생쥐에게 다이어트를 시킨 것도 Pol II에 제동을 걸었습니다.

궁극적인 질문에 대한 또 다른 테스트: Pol II 가속이 노화를 촉진합니까? 여기에서 팀은 Pol II 속도를 감소시키는 돌연변이를 품고 있는 유전자 조작 벌레와 초파리 무리를 추적했습니다. 비돌연변이와 비교했을 때, 조작된 두 변종은 수명을 10~20% 연장했습니다.

그러나 팀이 CRISPR-Cas9을 사용하여 벌레의 Pol II 돌연변이를 역전시켰을 때 수명이 단축되었고 야생형 동료와 일치했습니다. Pol II가 노화의 원인인 것 같다고 저자는 설명했다.

이유는 무엇입니까?

녹음 기계를 더 깊이 파고들어 팀은 한 가지 답을 찾았습니다. DNA는 과학적으로 뉴클레오솜으로 알려진 베이컨-아스파라거스 다발로 싸여 있습니다. 인간의 제대 정맥 세포와 폐 세포를 비교함으로써 팀은 세포가 노화됨에 따라 다발이 천천히 풀리고 떨어져 나가는 것을 발견했습니다. 이것은 Pol II가 DNA 가닥을 가로질러 미끄러지는 것을 훨씬 더 쉽게 만들어 전사 속도 향상을 유발합니다.

그들의 이론을 추가로 테스트하기 위해 팀은 페트리 접시의 인간 세포에서 더 많은 뉴클레오솜을 형성하기 위해 두 가지 유형의 히스톤 단백질(뉴클레오솜 다발의 아스파라거스 부분)을 유전적으로 삽입했습니다. 이로 인해 Pol II에 추가 과속 방지턱이 생겨 속도가 느려졌습니다.

그것은 효과가 있었다. 추가 히스톤 단백질이 있는 세포는 좀비 노화 세포가 될 가능성이 적습니다. 장수 연구를 위한 인기 있는 모델인 초파리에서 유전적 변형은 주목할만한 수명 증가를 가져왔습니다.

아직은 매우 이르지만 결과는 잠재적으로 새로운 종류의 노화 방지 약물을 추구하는 데 좋은 소식입니다. Pol II는 암 치료에 대해 광범위하게 연구되었으며, 여러 약물이 이미 테스트되고 승인되어 장수 연구를 위해 약물을 용도 변경할 수 있는 기회를 제공합니다.

"함께, 여기에 제시된 데이터는 노화에 기여하는 분자 메커니즘을 밝히고 노화와 질병 동안 세포 기계의 충실도를 평가하는 수단으로 사용됩니다."라고 팀은 말했습니다.

이미지 신용 : David Bushnell, Ken Westover 및 Roger Kornberg, 스탠포드 대학/NIH 이미지 갤러리

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• 출처: https://singularityhub.com/2023/04/18/this-longevity-study-across-5-species-found-a-new-pathway-to-reverse-aging/