노화는 누구에게나 오는 거부할 수 없는 세월의 선물이다. 다만 사람에 따라 노화되는 속도와 양상이 다르고 이런 차이가 어디에서 오는지 노화를 막을 수는 없는지가 항상 관심의 대상이었다. 생물학의 발전은 이런 노화에 대해서도 새로운 해답을 내놓고 있다. 지난 2023년 1월에 Cell지에 발표된 논문에 따르면 DNA에 손상을 주는 효소를 넣어 발현시킬 경우 돌연변이 발생이 증가하지 않았음에도 노화가 빠른 속도로 진행되었음을 알 수 있었다. DNA에 double break를 만드는 효소로 이는 DNA가 많이 손상되면 노화가 촉진된다는 가설과 대체로 일치 했지만 돌연변이 발생률에는 큰 차이가 없었다. 반면 후생학적 지도(epigenetic landscape)가 많이 바뀐 것을 알 수 있었다. 즉, DNA부위에 따라 히스톤 단백질의 결합 정도가 상당히 틀린데 이런 차이가 많이 없어진 것이다. 이 실험으로 DNA손상이 후생유전학적 변형을 유발하고 그 결과 노화가 급속하게 진행되었다는 것이 입증된 셈이다. 사실 이미 많은 연구자들이 돌연변이 보다 후생유전학적 변화가 노화의 원인임을 주장하고 있었다. 이번 실험을 통해 DNA손상이 노화의 원인이라고 주장과 후생유전학적 변화가 노화의 원인이라는 주장의 연결점을 찾은 것으로 생각된다. 물론 DNA손상이 어떤 방식으로 후생유전학적변화를 일으켰는지 또 어떤 변화가 노화와 직접적으로 연관되어 있는지는 아직도 많은 연구가 필요하다. 하지만 다 밝혀질 때까지 기다리기엔 인간의 수명이 너무 짧기 때문에 많은 연구자들이 후생유전학적 변화로 인해 생긴 노화를 다시 되돌릴 수 없는가에 많은 관심을 갖고 있다.

같은 논문에서 역시”노화현상을 되돌릴 수도 있을까?”라는 질문에 도전하였다. 이 연구자들은 야마나카 인자(Yamanaka Factor:  Oct4, Sox2, and Klf4)라고 불리는 줄기세포 유도 인자들을 발현하도록 유도 하였다. 그 결과는 놀랍게도 분자적인 그리고 조직학적인 면에서 노화를 되돌린 것과 같은 효과를 볼 수 있었다. 아직 정확한 기작은 모르지만 노화를 막고 되돌리고자 하는 시도가 성공할 수도 있을 가능성을 보여주는 것이다. 사실 이런 실험 결과는 예전에도 시력을 잃은 쥐에 야마나카 인자의 유전자를 주입하여 시력을 회복시킨 경우가 보고 되면서 이미 그 가능성이 점쳐지고 있었다(Lu 등, 2020). 줄기세포유도인자(야마나카 인자)가 세포의 후생유전학적 특징을 원래대로 돌아오도록 도왔고 그 결과 세포가 다시 기능을 찾게 되었다는 것이다.   

생각해보면 매번 아기가 새로 젊음을 지니고 태어나듯이 세포의 후생유전학적 변화를 걷어내고 다시 원점에서 시작할 수 있다면 젊음을 되찾을 수 있다는 얘기다. 다만 어떻게 안전하게 후생유전학적 변화들을 원점으로 돌려 놓을 수 있느냐가 회춘의 핵심 과제가 될 것이다. 옛 속담에도 “There are No Free Lunch.”라는 속담이 있다.

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<English version>

Aging is an inevitable gift of time that comes to everyone. However, the speed and pattern of aging vary depending on the person, and understanding the underlying factors and whether aging can be prevented has always been a topic of interest. The advancement of biology has provided new insights into aging. According to a paper published in the journal Cell in January 2023, it was found that even when an enzyme that damages DNA was induced without increasing mutation occurrence, aging progressed at a faster rate. This enzyme creates double-strand DNA breaks, and the DNA damage accelerates aging, although there was no significant difference in mutation rates. On the other hand, it was observed that the epigenetic landscape had changed significantly, meaning that the profile of histone binding was flattened by DNA damaging. This experiment confirms that DNA damage leads to epigenetic changes and that as a result, aging progresses rapidly. In fact, many researchers have already argued that epigenetic changes rather than mutations are the cause of aging. This experiment found a link between the hypothesis that DNA damage is the cause of aging and the hypothesis that epigenetic changes are the cause of aging. However, many studies are still needed to determine how DNA damage induces epigenetic changes and what changes are directly related to aging. Nevertheless, since human lifespan is too short to wait until all is revealed, many researchers are interested in whether aging caused by epigenetic changes can be reversed.

In the same paper, researchers also challenged the question, "Can the aging process be reversed?" They induced stem cell-inducing factors called Yamanaka factors (Oct4, Sox2, and Klf4) to be expressed. The results showed a molecular and histological effect similar to reversing aging. Although the exact mechanism is unknown, this shows the potential for attempts to prevent and reverse aging. In fact, these experimental results have been hinted at since it was reported that injecting the genes of Yamanaka factors into mice that have lost their vision can restore their sight(Lu et al., 2020). Inducing stem cell-inducing factors (Yamanaka factors) helped restore the epigenetic characteristics of the cell and, as a result, the cell regained its function.

If you think about it, just as a baby is born with new youth every time, the idea is that if we can remove the epigenetic changes of cell aging and start again from scratch, we can regain youth. However, the key challenge of rejuvenation will be how to safely reset the epigenetic changes. There is an old proverb that says, "There are No Free Lunch."

 

<이글은 아래의 기사와 관련 서적들을 토대로 작성된 것입니다>

Manjarrez A. 2023, Epigenetic Manipulations Can Accelerate or Reverse Aging in Mice. The Scientist, Jan. 12 News & Opinion

Lu Y, Brommer B, Tian X, et al., 2020, Reprogramming to recover youthful epigenetic information and retore vision. Nature 588(7836): 124-129.