Telomere의 길이 - 복제노화(Replactive senescence)

생명체를 이루는 기본 구성단위인 세포는 무한정 분열하는 것이 아니라 일정 회수 이상 분열을 하게되면 더 이상 분열하지 않습니다.

이 현상을 복제 노화라고 한다.

복제 노화는 텔로미어(Telomere)라고 불리는 유전체의 특정 부분과 크게 관련되어 있다고 알려져 있습니다.

텔로미어는 끝’을 의미하는 그리스어 텔로스(Telos)와‘부위’를 의미한 메로스(Meros)의 합성어로서 염색체의 양쪽 말단부에 위치하며 특정 염기서열(5’-TTAGGG-3’)이 반복해서 이어진 부분을 지칭합니다.

 

텔로미어가 세포의 노화와 관련이 있음이 처음 알려진 것은 1990년대로, 그 이전에 생물의 세포 분열 횟수가 종에 따라 거의 정해져 있으며 최대 분열 횟수 이후에는 세포가 노화해 더 이상 분열하지 않거나 죽는다는 것은 이미 밝혀져 있었습니다.

갈라파고스 거북이(Galapagos tortoise)의 경우 100회 이상 분열할 수 있지만, 강아지는 20-25회, 토끼는 10-15회, 쥐는 8-10회 정도 분열합니다.

수명이 긴 동물의 세포는 최대분열 횟수가 많아 복제노화가 늦게 진행되는 것으로 볼 수 있습니다.

 

염색체 말단 부위에 존재하는 텔로미어는 유전정보를 암호화하고 있지 않은 부분으로서 유전정보를 암호화하고 있는 염색체 중앙의 소실을 막아주는 기능을 가지고 있습니다.

선형 DNA의 경우 구조적 특성상 복제 과정을 거치면서 DNA의 양끝이 짧아지는 현상이 발생될 수 밖에 없는데, DNA가 계속적으로 짧아져 유전정보를 암호화하고 있는 부분이 소실될 경우, 세포의 생명에 큰 문제를 일으키기 때문에 말단 부분이 짧아지는 것을 방어하는 기작은 매우 중요합니다.

텔로미어는 단백질 복합체(shelterin)와 결합하여 캡구조를 형성함으로써 염색체 말단을 안정한 상태로 유지하며 DNA가 짧아져 유전정보가 소실되는 것을 막고 염색체 말단과 염색체 말단의 결합을 막아줍니다.

 

염색체들의 말단이 결합(end-end fusion)될 경우 세포는 이를 사멸 신호로 인지하여 세포 자살로 이어집니다.

세포분열이 진행될 때마다 텔로미어는 일정 부분이 복제되지 못하는 문제로 인하여 길이가 감소하기 때문에 세포가 계속적으로 분화하여 노화될수록 그 길이가 짧게 관찰됩니다.

나이가 들어 노인이 될 수록 텔로미어의 길이가 짧아짐을 의미하는 것입니다.

 

텔로미어의 길이가 노화 정도를 반영하는 지표인 것입니다.

인간의 경우 약 50번 분열한 후에 세포 분열이 멈추는데 소실된 텔로미어의 길이가 그 신호로 작용한다고 알려져 있습니다.

따라서 텔로미어가 세포 주기(cell cycle)의 체크 포인트로 작용하며 유사분열의 시계(mitotic clocks, biological clock of cell)로서 중요한 인자임을 알 수 있습니다.

선형 DNA를 가진 생명체는 짧아진 텔로미어를 유지 및 복구하기 위한 도구를 가지고 있습니다.

바로 텔로머레이즈(Telomerase)라 불리는 효소입니다.

텔로머레이즈는 DNA 말단에 반복염기서열 구조인 텔로미어를 신장시키는 기능을 가지고 있습니다.

러나 체세포의 경우 텔로머레이즈 발현이 거의 없기 때문에 세포 분열에 따라 텔로미어가 점차 줄어들어 세포노화로 이어지거나 세포자살(apoptosis)을 격게됩니다.

텔로머레이즈는 줄기세포나 면역세포, 생식세포에서 활성이 높다고 알려져 있습니다.

뿐만 아리나 영유아기 시기에는 텔로머레이즈 활성이 높다가 20대부터 급격히 감소하고 40대이후에는 거의 없다는 연구 결과도 있습니다.