[📪정보] 심장 노화를 막을 수 있을까요? 이 획기적인 유전자 연구는 이제 시작이다

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출처 : https://singularityhub.com/2022/08/23/can-we-stop-the-heart-from-aging-scientists-sequenced-single-heart-cells-as-a-start/

심장은 부서질 수 있는 게 아니다. 하지만 나이가 들수록, 심장 위험은 증가한다. 건강한 식사와 운동으로도, 우리의 나이가 서서히 높아짐에 따라, 동맥이 막히고, 혈관이 부서지고, 궁극적으로 심부전의 위험도 높아진다.

왜?

과학자들은 노화가 어떻게 우리 시대의 주요 살인자인 심장병의 위험 증가와 관련이 있는지에 대한 미스터리를 풀기 위해 오랫동안 노력해왔다. 그것은 어려운 문제이다: 자연에서 양육까지 이르는 많은 생물학적 측면들이 심장 건강에 미묘하게 영향을 미칠 수 있다. 그 미스터리를 풀기 위해, 어떤 실험은 반세기 이상 지속되었고 수십만 명의 사람들로 확장되었다.

좋은 소식? 

단서가 잡혔다. 나이가 들면서 심장세포는 기능이 급격히 바뀌어 결국 수축과 방출에 어려움을 겪는다. Nature Ageing에 발표된 새로운 연구는 왜 이런 일이 일어나는지 밝히기 위해 유전자 코드를 깊이 조사했다.

0세부터 82세까지의 12명의 지원자들을 시작으로, 그 팀은 56개의 심장근육세포, 즉 심근세포의 전체 게놈의 염기서열을 분석했다. 그 결과는 노화된 심장의 유전적 변화를 그린 최초의 풍경화이다. 나이가 들면서 심장은 DNA 수준에서 이중고를 겪는다. 세포의 유전자 코드는 물리적으로 분해되는 반면 DNA를 복구하는 능력은 부식된다.

엄청난 놀라움이다. 뇌세포와 마찬가지로 심근세포는 더 이상 새로운 자손과 젊은 자손으로 나눌 수 없다는 점에서 생물학적 최종 게임이다. 이러한 유형의 세포는 일반적으로 돌연변이에 덜 민감하다는 점에서 일종의 보호 갑옷을 가지고 있다.

심근세포는 그렇지 않다. 뉴런과 비교했을 때, 뉴런은 매우 복잡하고 특히 섬세한 유형의 세포임에도 불구하고 나이가 들면서 DNA 손상을 빠르게 축적하고 3배 더 빠르게 축적한다.

"나이 들고 더 많은 돌연변이가 생기면서, 여러분은 심장을 정점을 지나 질병으로 밀어넣을 수 있는 해로운 효과를 더하고 있습니다," 라고 보스턴 소아 병원의 심장 전문의인 밍 후이 첸 박사가 말했습니다. "너무 많은 DNA가 손상되어 심장이 더 이상 잘 뛸 수 없는 지경에 이를 수도 있습니다."

그 결과는 우리에게 노화된 심장을 조감할 수 있게 해준다. 퍼즐처럼, 그들은 "노화가 심장 기능에 미치는 영향을 이해하는 패러다임을 제공한다"고 저자들은 썼다.

심장을 쉬게 하다

심근세포는 질긴 생물이다. 적절한 양의 혈액을 적절한 압력으로 자동적이고 확실하게 뿜어내서 여러분의 온몸에 영양분을 공급해 주는 펌프를 상상해 보라. 이 세포들은 평생 동안 거의 딸꾹질 없이 동시에 작용한다. 그것은 미묘한 균형이다: 너무 적은 압력이나 속도는 당신의 뇌와 다른 말단으로부터 피를 빼앗는다. 그리고 그것은 마치 큰 정원용 액체를 고압으로, 시동 냄비에서 싹을 틔우는 작은 허브에 뿌리는 것과 같다.

고무 정원 호스처럼, 심근세포는 나이가 들면서 닳아 없어진다. 대부분의 심부전 사례는 65세 이상의 사람들, 심지어 그들이 비교적 건강할 때, 즉, 고혈압, 혈압 또는 다른 일반적인 위험 요소 없이 발생한다. 하지만 전부는 아니다.

저자들은 "전통적인 위험 요인에 기초한 저위험 또는 중간위험에 있는 일부 사람들은 여전히 심장병을 경험하며, 이는 추가적인 확인되지 않은 요인들이 중요할 수 있음을 시사한다"고 썼다. 노인 인구에서 심장병을 유발하는 또 다른 것은 무엇인가?

내 심장의 DNA 사슬 풀기

이 문제를 해결하기 위해, 연구팀은 분석된 모든 세포의 DNA 사슬을 전사하는 단세포 염기서열 분석이라는 강력한 유전 도구로 눈을 돌렸다. 이 기술은 수백 개의 세포를 동시에 분석하고 평균화할 경우 난독화될 수 있는 개성을 포착한다.

세포 게놈의 다양성은 연구 설계의 핵심이었다. "단세포 수준에서 인간의 심장에서 체세포 돌연변이가 관찰된 것은 이번이 처음입니다," 라고 연구 저자인 Sangita Choudhury 박사가 말했습니다.

그 팀은 심장 세포의 DNA 서명이 나이에 따라 어떻게 변하는지 연마했다. 이러한 종류의 돌연변이는 다음 세대로 물려줄 수 없기 때문에 "소마 돌연변이"라고 불린다.

모든 세포가 동일하게 만들어지는 것은 아니다. 간세포와 같은 일부는 상당한 양의 손상을 처리하고 스스로 보충할 수 있다. 심근세포와 같은 다른 것들은 더 이상 분열할 수 없고, 그들 스스로 DNA 손상을 입힐 필요가 있다. 나이가 들면서 이 세포들은 유전적 돌연변이를 축적할 수 있다. 그것들은 까다롭다. 대부분은 뚜렷한 효과가 없지만, 공포 영화 악당처럼, 어떤 사람들은 조용히 세포가 암으로 변하게 하거나 심지어 그들을 죽일 수도 있다. 이러한 돌연변이는 이전에 노화에 따른 심장 문제의 주요 원인인 관상동맥 질환과 관련이 있었다.

심장병으로 이어지는 돌연변이의 특징을 포착하기 위해, 그 팀은 유아기에서 노인에 이르기까지 기증된 심장들의 유전자를 깊이 연구했다. DNA를 저장하는 둥글고 살구씨 같은 구조인 핵을 분리하면서, 그들은 그들의 방법을 평가했고 세 개의 다른 연령 그룹의 유전자 서열을 비교했다.

그들은 단일 뉴클레오타이드 돌연변이(단일 뉴클레오타이드 다형성 또는 SNP라고도 함)라는 한 가지 주요 차이에 초점을 맞췄다. 이러한 변화는 간단하다. 게놈의 단일 문자 교환이다. 예를 들어, 뒤집히거나 복제되는 전체 덩어리가 아니다. SNP는 전체적으로 평가될 때 풍부한 정보를 포함한다. 체세포 돌연변이의 가장 흔한 형태이다.

세계 지도에 표시된 핀이 이동하는 것처럼, 충분한 SNP 돌연변이를 가지고, 특정 생물학적 과정이나 질병과 연결되는 전체 "지도" 또는 서명을 구성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 흡연이나 DNA 복구와 관련된 세포 변화에 대한 지도가 있다.

"돌연변이 특징과 그들의 형성 메커니즘을 이해하는 것은 우리가 노화된 심장에서 DNA 손상과 질병 진행의 메커니즘을 발견하도록 이끌 수 있습니다," 라고 저자들이 말했습니다.

약 60개의 샘플을 시퀀싱한 후, 그 팀은 데이터를 분석하는 알고리즘을 연구했고, 그것을 COSMIC이라고 불리는 잘 알려진 암 서명 데이터베이스와 비교했다. DNA 편집은 나이가 들면서 증가했고, 돌연변이 유형은 네 가지 다른 유형의 서명에 들어맞았다. 예를 들어, 시그니처 A는 DNA 문자 C와 T를 교환했다. 크게 들리지 않을 수도 있지만, 이 기사에 있는 모든 C를 T로 바꾸거나 그 반대로 바꾸면 전체 텍스트가 분해될 수 있습니다.

그 특징의 분자 기반에 대해 더 자세히 조사해 보니, 그 팀은 심장 노화와 기능 장애의 잠재적인 원인 중 하나인 산화 스트레스를 발견했다. 세포의 정상적인 신진대사의 불행한 부산물인 이 분자들은 작은 대포알처럼 작용하여 세포, DNA, 그리고 세포막 내부에 혼란을 일으킨다. 젊은 세포들은 보통 악랄한 공격을 막을 수 있는 방법을 가지고 있지만, 나이 든 세포들은 점차 이 능력을 잃는다. 결과가 좋지 않다. 예를 들어, 심장 세포는 게놈 복구 메커니즘이 파괴되는 동시에 손상된 DNA 문자로 끝날 수 있다.

어떻게 보면 그리 놀라운 일이 아닙니다.라고 첸은 말했다. "심장은 항상 펌프질을 하기 때문에, 많은 에너지를 사용합니다." 이것은 DNA를 손상시킬 수 있는 화학 물질을 생산합니다. 충격으로 다가온 것은 손상을 막아내는 심장의 특별한 능력이었다. 심근세포는 염색체를 이중으로 만들어 DNA에 대한 가차없는 공격을 완충하는 힘을 가지고 있다.

현재 이 연구는 손상된 심장 세포와 상관관계가 있는 체세포 돌연변이가 나이가 들수록 증가한다는 것만 보여준다. DNA 편지 교환이 심장 손상을 일으킬지는 아직 결정되지 않았다. 그러나 이 연구는 심장병을 단세포 수준에서 대규모로 해부하는 첫 번째 연구이다. 아마추어 쌍안경에서 제임스 웹 우주 망원경으로 가는 것과 같습니다. 우리는 이제 노화된 심장 내부의 DNA를 분석함으로써 하늘의 별처럼 모든 세포를 분석할 수 있습니다.

심근세포는 제쳐두고, "우리는 또한 심장의 다른 세포 유형을 보고 싶습니다,"라고 Choudhury는 말했다. "우리는 빙산의 일각에만 손을 댔을 뿐입니다.

[익명(175.214)]

사실 심장은 세포 리모델링보다 자가 이식 장기 혹은 기계화가 가능한 장기라 바꾸는게 답일 것 같기는 함