장수유전자의 진화

태고적 원시환경에서는 영양분을 쉽게 얻을 수 없었기 때문에 언제 번식할지 결정하는 것이 생존여부를 결정짓는 중요요인이었습니다. 그래서 이에 적응한 원시세포에서 생식을 억제하는 유전자가 진화되기 시작했습니다. 원시세포는 다음과 같은 두종류의 유전자를 진화시켰습니다. 

 

유전자A: 번식을 중지시키는 유전자

유전자B: 유전자A에 달라붙는 효소를 만들어 번식중지를 억제하는 유전자

 

기본적으로 유전자B가 만들어낸 효소는 유전자A에 달라붙어 번식중지기능을 억제합니다. 따라서 평상시 번식가능 상태를 유지합니다. 유전자손상(끊김)이 발생하면, 유전자A에 붙어있던 억제효소가 유전자복구를 위해 떨어져나가고, 복구하는 동안에 유전자A가 발현하여 번식을 중지시킴니다. 세포수리가 끝나면 억제효소가 돌아와서 유전자A에 다시 달라붙어 번식을 계속하도록 합니다.

 

다세포생물로 진화하면서 이 억제효소는 다세포생물에서 다양한 기능을 하는 세포로 분화하는 역할까지 하게 됐습니다. 즉, 세포분열 단계에 따라 선택적으로 여러 유전자를 억제하여 서로 다른 기능을 담당하는 기관과 다세포생물로 진화했습니다. 이 억제 유전자B가 오랜 시간을 거쳐서 세포손상복구, 암억제, 쓰레기청소등 세포를 젊고 효율적인 상태로 유지하는 장수유전자로 진화했습니다.

 

발현중지 유전자를 억제하는 효소가 노화와 연계된 이유

 

발현 유전자 vs. 발현중지 유전자 vs. 발현중지억제 유전자

 

가장 기본적으로 다양한 기능을 발현하는 유전자들이 먼저 진화하고, 그 다음 그 발현을 중지시키는 유전자가 추가됐습니다. 그리고 발현중지억제 유전자가 진화되어 추가됐습니다.  즉, 발현중지억제 유전자가 억제효소를 만들어 발현중지 유전자를 억제시키는 것입니다.

 

그럼 왜 발현 유전자가 아니라 발현중지 유전자갸 노화에 관련되게 되었을까요?

 

초기에 번식중지 유전자에 달라붙어 억제하던 효소가 DNA 손상수리에 동원 되었을 것입니다. 이 때 만약 번식발현 유전자에 달라붙어 억제하는 효소가 동원되었다면 억제된 번식활동이 재계되어 손상수리를 방해하게 되므로 그렇게 진화하지 않은 것입니다. 활동 유전자와 활동중지(수면) 유전자의 예로 보면 활동 유전자를 억제하는 효소는 즉 수면을 유도하는 효소이고, 활동중지 유전자를 억제하는 효소는 잠에서 깨우는 효소입니다.

 

유전자 수리시 활동 유전자에 달라붙어 수면을 유도하고 있는 효소를 동원하면 수면에서 깨어나 손상수리를 방해하게 됩니다, 유전자 수리시 활동중지 유전자에 달라뭍어 수면중지를 유도하고 있는 효소를 동원하면 수면이 유도되어 손상수리를 방해하지 않을 것입니다.

 

흰머리와 발현중지 억제효소 상실

 

노화의 대표적인 현상인 흰머리와 탈모도 활동중지에 달라붙어 억제하던 효소의 이탈로 설명할 수 있습니다.

 

멜라닌색소 발현 유전자Z vs. 발현중지 유전자A vs. 벌현중지억제 유전자 B

 

발현중지 억제유전자B는 억제효소B를 만들어냅니다.  젊었을 때는 유전자A에 억제효소B가 달라붙어 발현중지가 억제됩니다. 따라서 유전자Z가 발현하여 멜라닌색소가 만들어져 검은머리가 자랍니다. 유전자 손상수리에 유전자A에 붙어있던 발현중지 억제효소B가 동원되고 나이들면 길을 잃고 돌아오지 못하고 영영 떨어져나가게 됩니다. 그러면, 억제되어 있던 유전자A가 발현하여 유전자Z를 꺼버립니다. 이렇게되면 멜라닌색소가 만들어지지 않아 흰머리가 나게 됩니다

 

여기서 주목할 점은 유전쟈 Z, A와 B에는 아무 손상이 없다는 점입니다. 노화는 떨어져 나간 억제효소B 때문입니다.

즉, 흰머리는 멜라닌색소 생성 발현중지 유전지를 억제하던 효소가 영구히 떨어져 나가면서 생기는 노화현상으로 볼 수 있습니다.

 

탈모와 발현중지 억제효소 상실

 

마찬가지로 노화에의한 탈모현상도 억제효소의 상실로 설명할 수 있습니다.

 

발모 유전자Z와 발모중지 유전자A, 그리고 발모중지 억제유전자B

 

젊었을 때는 발모중지 유전자A에 억제효소B가 달라붙어 발모중지갸 억제 됩니다. 나이들며 유전자 손상수리에 억제효소B가 자주 동원되어 점차 떨어져나가게 됩니다. 그러면, 억제되어 있던 유전자A가 발현되어 발모 유전자Z를 꺼버려 탈모가 일어납니다. 발모 유전자Z와 A, B에는 아무 손상이 없습니다. 탈모는 떨어져나간 억제효소B 때문입니다.  즉, 탈모는 발모중지 유전자를 억제하던 효소가 영구히 떨어져 나가면서 생기는 현상으로 설명할 수 있습니다. 

 

이는 노화가 유전자 손상이나 세[포손상 때문이 아니라, 억제되었던 유전자들이 풀려나면서 생기는 현상임을 의미합니다. 즉, 노화는 억제되어야 할 발현중지 유전자들이 잘 못 켜지면서 생기는 현상으로 볼 수 있습니다. 항노화는 잘 못 켜진 발현중지 유전자들을 꺼주면 된다는 의미입니다.

 

수면과 항노화가 연계된 이유

 

억제효소가 동원되는 시간에는 억제되어야할 발현중단 유전자가 발현되어 생명체의 일상기능이 중지 되기 때문에 아무때나 동원할 수가 없습니다. 

 

예 1) 번식중지 유전자A1를 억제하는 효소B1가 손상수리에 동원되면 번식이 중지됨

예 2) 활동중지 유전자A2를 억제하는 효소B2가 항노화에 동원되면 수면에 빠짐

 

따라서 밤에 자는 시간에만 항노화활동에 억제효소가 동원하도록 진화된 것입니다. 즉, 발현중지 유전자억제와 손상수리가 하나의 효소에 의해 옮겨가며 수행되었기 때문에 손상수리를 하는 중에는 자연히 수면에 빠지게 됩니다. 이런 역할을 효소들이 손상수리에 동원되는 것이 생존에 더 유리했기 때문에 진화적으로 수면과 항노화가 연계된 것입니다.

 

장수유전자의 작동원리

 

노화는 발현중지 유전자를 억제하는 효소, 줄여서 발현중지 억제효소가 유전자에서서 영구히 떨어져나가면서 생기는 현상입니다

따라서 항노화는 부족해진 발현중지 억제효소를 생성하고 유전자 위 제자리에 있도록 하는 것이 하나의 방법입니다.

 

기본적으로 장수유전자는 발현중지 억제효소를 생성하는 역할을 합니다. 이 억제효소가 유전자와 세포손상수리에 동원되어 생명체의 수명을 연장시킵니다.

 

장수유전자는 겨울잠유전자의 평상시 모습

 

겨울잠(동면)을 자는 동물은 비슷한 체중의 그렇지 않은 동물보다 오래삽니다.  겨울잠을 자는 동안 시르투인등 장수유전자가 작동하여 후생학적 시계를 늦춥니다. 장수유전자를 발현시키는 환경 (소식, 추위, 수면)등이 겨울잠 환경과 일치합니다.  인간에게도 겨울잠유전자가 존재하는 것으로 보고 연구가 진행중입니다.

 

대표적인 장수유전자

 

현재 밝혀진 장수유전자로 시르투인(Sirtuin)과 AMPK가 있습니다. 시르투인에는 sirt1을 시작으로 sirt7까지 일곱개의 유전자가 포유류에서 발견되었습니다. 시르투인은 유전자 손상수리를 주임무로 하고 있고, AMPK는 단식에서 유도되는 자가포식을 주요 기능으로 하고 있습니다.