암을 촉진하지만, 노화 과정에서 건강한 세포도 보호하는 말단소체복원효소

메릴랜드 대학교와 국립 보건원 (National Institutes of Health)의 새로운 연구에 따르면 효소 텔로 머라 제의 새로운 역할이 밝혀졌습니다. 정상 조직에서 텔로 머라 제의 유일한 역할은 배아 세포, 정자 세포, 성체 줄기 세포 및 면역 세포와 같이 규칙적으로 분열하는 특정 세포를 보호하는 것이 었습니다. 과학자들은 무제한 세포 분열을 촉진하는 암성 종양을 제외하고 다른 모든 세포에서 텔로 머라 제가 꺼 졌다고 생각했습니다.

새로운 연구에 따르면 텔로 머라 제는 노화 과정의 중요한 지점에서 정상적인 성인 세포에서 재 활성화되는 것으로 나타났습니다. 세포 사멸 직전에, 텔로 머라 아제의 파열은 노화의 스트레스로부터 세포를 완충시키고, 과정을 늦추고 암을 유발할 수있는 DNA 손상을 줄입니다. 이 연구는 2019 년 9 월 2 일에 국립 과학원 논문집에 발표되었습니다 .

UMD의 세포 생물학 및 분자 유전학 부교수 인 칸 카오 (Kan Cao)는“이 연구는 정상 세포에서 텔로 머라 제의 기능에 대한 현재의 이해를 재구성한다”고 말했다. "우리의 연구는 처음으로 종양 형성을 촉진하는 것 이상의 성인 세포에서 텔로 머라 제에 대한 역할이 있음을 보여줍니다. 우리는 이제 세포의 생명주기의 중요한 지점에서 텔로 머라 제의 활성화 된 활성화가 중요한 기능을 수행한다고 말할 수 있습니다."

텔로 머라 제는 텔로미어의 단축을 방지합니다. 텔로미어는 염색체의 손상을 막기 위해 세포 염색체 끝에 특수화 된 DNA- 단백질 구조입니다. 세포가 풍부하게 분열 할 때, 텔로 머라 제는 배아 발달 및 줄기 세포 분화 동안 중요한 역할을한다. 정상적인 성체 세포에서, 텔로 머라 제는 꺼지고 텔로미어는 임계 길이에 도달 할 때까지 모든 세포 분열로 단축됩니다. 중요한 텔로미어 길이에서, 세포는 분열을 멈추고, 악성 종양을 유발할 수있는 죽거나 DNA 손상을 경험한다.

이 새로운 연구 이전에, 과학자들은 대부분의 성인 세포에서 텔로 머라 제 발현이 암성 종양에서 볼 수있는 것과 같은 무제한의 세포 분열만을 초래할 수 있다고 생각했습니다.

Cao와 그녀의 동료들은 텔로 머라 제가 단축 된 텔로미어를 가진 형제 마우스 사이에서 실험실에서 극적인 차이를 관찰했을 때 텔로 머라 제가 성인 세포에서 기능을 가질 것으로 의심했다. 마우스는 텔로 머라 제를 생산하는 능력없이 많은 세대 동안 번식 된 야생형 마우스 및 유전자 변형 된 마우스의 자손이었다. 모든 형제들은 텔로미어가 비정상적으로 짧았지만, 야생형 부모로부터 텔로 머라 제를 생산하기 위해 유전자를 물려받지 않은 생쥐는 더 짧은 수명, 진행성 조직 위축 및 자발적 암을 나타냈다.

진행 상황을 이해하기 위해 Cao와 그녀의 동료는 형제 마우스의 피부 세포를 비교하고 두 세포주 모두 텔로미어가 비교적 짧은 반면, 텔로 머라 제 결핍 마우스의 세포는 더 빨리 분열을 멈추고 형제의 세포보다 더 많은 악성 변형을 보였습니다. 텔로 머라 제 생성.

더구나 연구원들은 비텔로 머라 제 결핍 마우스의 피부 세포가 중요한 텔로미어 길이에 접근함에 따라 자연적으로 텔로 미라 아제의 파열을 일으켰다. Cao에 따르면,이 결과는 세포의 수명이 거의 다되었을 때 발현 된 텔로 머라 제가 노화의 타격을 완화시키고보다 점진적인 세포 사멸을 초래했다고 제안한다.

연구원들은 또한 텔로 머라 제 결핍 세포에서 텔로 머라 제를 발현하기위한 유전자를 재 활성화하면 DNA 손상을 분열시키고 감소시키는 능력을 연장시켜 그들을 구출한다는 것을 발견했다.

그들이 쥐에서 관찰 한 것이 인간에게 맞는지 확인하기 위해 연구팀은 인간 피부 세포에 대한 실험실 연구를 수행했습니다. 연구진은 인간 세포도 텔로미어가 중요한 텔로미어 길이에 접근함에 따라 텔로 머라 제를 발현한다는 것을 발견했다. 또한, 텔로 머라 제를 발현 할 수 없었던 인간 피부 세포는 텔로미어 제를 발현 한 것보다 더 중요한 임계 텔로미어 길이에 도달하여 훨씬 더 많은 DNA 손상을 나타냈다.

Cao는 연구자들을위한 다음 단계는 텔로미어가 세포가 임계 텔로미어 길이에 접근함에 따라 텔로 머라 제 발현이 어떻게 켜지는지 알아 내고 텔로 머라 제가 단축 된 텔로미어의 스트레스에 대한 완충액으로 작용하는 기본 메커니즘을 탐구하는 것이라고 말했다.

-요약-

말단소체복원효소(telomerase)는 대부분의 정상 성인 세포에서는 비활성화되고 종양에서 무제한적인 세포 분열을 촉진하는 것으로 여겨졌다. 정상 세포에서 알려진 그 효소의 유일한 역할은 배아세포나 정자 세포, 성체 줄기 세포와 면역 세포와 같이 정기적으로 분열하는 특정한 세포를 돕는 것이었다. 새로운 연구가 그 효소의 새로운 역할을 밝혔는데, 그 효소가 노화 과정의 특정한 시점에서 정상 성인 세포에서 재활성화되어 암 발생을 막고 노화 과정의 마지막 단계를 완화시킨다. 세포사 직전에 이 효소를 생산해서 세포가 받는 노화의 스트레스를 완충시켜, 그 과정을 늦추고 암으로 이어질 수 있는 DNA 손상을 줄인다. 

말단소체복원효소는 말단소체(telomeres)가 짧아지는 것을 막는데, 이것은 염색체가 손상되지 않게 보호하는 세포의 염색체의 끝에 있는 특별한 DNA-단백질 구조이다. 정상 성인 세포에서 그 효소는 비활성화되어서 말단소체는 결정적인 길이에 다다를 때까지 세포 분열할 때마다 짧아진다. 그 길이에서, 세포는 분열을 멈추고 죽거나 DNA가 손상되어 암으로 이어질 수 있다.

이 연구에서 유전적으로 이 효소가 결핍된 쥐의 피부 세포는 더 빨리 분열을 멈추고, 그 효소를 생산하는 형제들의 세포보다 더 많은 악성 변환을 보였다. 또 말단소체가 결정적인 길이에 가까워지면, 그 효소가 결핍되지 않은 쥐의 피부 세포는 말단소체복원효소를 자연적으로 생산해서 말단소체가 짧아지는 과정을 늦추고, DNA 손상을 줄였다. 그 효소가 결핍된 세포에서 그 효소를 발현하는 유전자를 재활성화시키자, 분열하는 능력이 연장되고 DNA 손상도 줄었다.

이 연구는 정상 세포에서 말단소체복원효소의 새로운 역할을 밝혔다.  세포의 생활 주기에서 중요한 시점에 말단소체복원효소의 통제된 활성화가 중요한 기능을 한다는 것을 보였다.