눈곱만한 벌레에서 노화늦출 단서 찾았다

이승재·김경태 교수 주도…수명연장에 관여하는 에너지센서(AMPK) 자극하는 단백질(VRK1) 기전 규명

국내 연구진이 손톱보다 작은 벌레에서 노화를 늦출 단서를 발견했다.

한국연구재단은 이승재 카이스트(KAIST) 교수와 김경태 포스텍 교수 연구팀이 예쁜꼬마선충에서 세포 내 AMPK 효소를 활성화함으로써 수명연장을 돕는 새로운 장수유도 단백질(VRK-1)의 기전을 규명해냈다고 2일 밝혔다.

VRK-1-AMPK를 통한 수명 연장 모델.예쁜꼬마선충과 인간 세포에서 세포 내 에너지 결핍과 같은 장수 유도 신호에 의해 VRK-1이 활성화되면 AMPK를 인산화하여 수명을 연장시킨다/자료=이승재 교수

우리 세포는 에너지가 항상 일정한 수준으로 유지될 수 있도록 꾸준히 모니터링 하는데, 이 역할을 에너지 센서라 할 수 있는 AMPK 효소가 맡고 있다. 이를테면 공복이나 운동으로 세포 내 에너지 수준이 낮아지면 AMPK 효소가 활성화돼 세포 내 대사를 조절, 세포의 기능이 정상적으로 작동하도록 지원한다.

생쥐나 초파리 등 다양한 모델생물에서 AMPK 활성 촉진을 통한 장수 유도가 보고된 바 있다. 하지만 AMPK를 직접적으로 활성화할 수 있는 상위 인자들은 연구됐지만, 장수와 관련한 상위 활성화 인자에 대해서는 알려진 바가 거의 없었다.

연구팀은 VRK-1 인산화 효소가 수명 조절 역할을 하는 것으로 보고 그 기전을 알아보기 위해 예쁜꼬마선충을 이용했다.

예쁜꼬마선충은 토양에 서식하는 1mm 크기의 선충으로 약 40%의 유전자(DNA)가 사람과 유사하다. 수명이 3주에 불과해 장수 조절 연구에 적합하며, 실제 이를 이용한 다양한 노화조절유전자 100여 개가 밝혀진 바 있다. 인간의 VRK-1, AMPK 효소들이 예쁜꼬마선충에서도 잘 보존돼 있어 VRK-1과 AMPK의 기능과 작용기전을 이해하기에 적합하다.

VRK-1은 예쁜꼬마선충의 핵 내부에 존재한다.예쁜꼬마선충의 VRK-1을 초록 형광 단백질 (GFP)로 표지하여 장 세포 내 위치를 나타내었다. 장 세포의 VRK-1은 DNA 염색 (DAPI 염색)을 통해 나타내어진 핵과 동일한 위치에서 나타나는 것으로 보아 핵 내부에 존재하고 있음을 알 수 있다.출처 : 한국과학기술원 이승재 교수

연구팀은 예쁜꼬마선충에서 VRK-1은 세포 핵 내부에 존재하며, VRK-1가 과발현한 경우 수명이 증가했고, VRK-1 발현을 억제한 경우 수명이 감소하는 것을 발견했다. 이는 VRK-1의 기능이 장수를 유도한다는 것을 의미한다.

또 연구팀은 VRK-1이 장수를 조절하는 기전을 밝히기 위해, VRK-1이 조절하는 전사체(한 세포에 존재하는 RNA 분자의 합)를 분석했다. 그 결과 VRK-1이 조절하는 전사체 중 상당 부분이 AMPK가 조절하는 전사체와 동일하다는 것을 발견했다.

아울러 VRK-1에 의한 자극에 반응하지 않는 AMPK 돌연변이 예쁜꼬마선충에선 이 같은 수명연장 효과가 나타나지 않았다. VRK-1이 장수를 유도하기 위해서는 AMPK가 필수적임을 보인 것이다.

예쁜꼬마선충에서 VRK-1 단백질의 발현패턴 확인 예쁜꼬마선충에서 초록색 형광(GFP)으로 표지된 VRK-1 단백질(가운데). 파란색 형광(DAPI)은 세포의 핵을 표지(오른쪽)한 것으로 VRK-1 단백질은 예쁜 꼬마 선충의 다양한 조직에서 발현된다/자료=이승재 교수

사람의 세포주를 이용한 연구에서도 VRK-1이 AMPK를 인산화함으로써 활성화한다는 것을 규명했다. 인산화는 세포가 에너지를 생산하는 과정을 말한다. 예쁜꼬마선충의 VRK-1도 AMPK를 인산화했다. 이는 VRK-1이 AMPK를 인산화함으로써 AMPK의 활성화를 유도하는 것이 여러 종에 걸쳐 잘 보존돼 있음을 의미한다.

(왼쪽부터)이승재, 김경태 교수/사진=한국연구재단

이 교수는 “VRK-1 인산화 효소가 장수를 유도하는 인자라는 것을 처음으로 밝혀 새로운 장수 유도 인자를 제시했다는 점에서 의의가 있다”고 말했다. 또 “VRK-1은 예쁜꼬마선충뿐 아니라 인간에게도 잘 보존되어있기 때문에 VRK-1의 기능을 조절해 인간의 노화와 장수를 이해하고 조절하는 기전을 밝히는데 기여할 것”이라고 덧붙였다.

김 교수는 “이번 연구는 VRK-1이 AMPK를 직접 인산화한다는 점을 밝혀, AMPK 활성을 조절하는 새로운 인자로서 VRK-1을 발굴했다는 점이 중요하다”면서 “VRK-1 기능 조절을 통한 AMPK 활성화 조절을 통해 노화 및 다양한 질환의 치료에 응용할 수 있을 것으로 기대된다”고 강조했다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 게재됐다.