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1. 개요
| 말단소립(末端小粒) | Telomere |
유전적 암호를 지니고 있지 않기에 어떠한 단백질로 번역되지 않지만, 노화와 암에 관련된 부위이다. 우리말로는 말단소립, 말단체, 말단염색체, 말단소체 등으로 번역한다.
| 영생을 향한 인간의 꿈! 과학은 노화를 멈추게 할 수 있을까? (텔로미어) (과학다큐 비욘드) |
| 노벨의학상이 밝힌 늙지 않는 비밀. (텔로미어, 텔로머라아제) |
| [이슈 픽! 쌤과 함께] 불로장생 꿈의 열쇠, 텔로미어를 아시나요? KBS 2020.11.25. 방송 |
2. 역할
세포는 복제 과정에서 DNA 중합효소DNA Polymerase를 이용해 DNA를 복제하는데, DNA 중합효소는 오직 5'→3' 방향으로만 DNA를 복제할 수 있다. 연속적으로 DNA를 복제하는 선도가닥Leading Strand와 달리, 지연가닥Lagging Strand의 경우 5' 말단의 RNA 프라이머를 DNA 뉴클레오타이드로 대체할 수 없기에 지연가닥의 마지막 염기서열들은 복제되지 않는다. 따라서 새로 생성된 두 가닥의 DNA는 짝이 맞지 않게 된다. 즉 복제를 반복할수록 DNA 가닥이 끝부분부터 조금씩 파괴된다.이러한 단순 염기서열이 수천 번 반복되어 염색체 말단에 배열되어 있고, 그 끝이 고리 모양을 이루어 다른 단백질들과의 결합으로 분해되는 것을 막는다. 여기에 DNA 메틸화, 이질염색질 등이 촘촘하게 배치되어 상당히 안정적인 구조를 형성한다.[2]
말단소립이 길면 오래사는 경향이 연구를 통해 확인되고 있다.
2.1. 헤이플릭 한계
하지만 말단소립도 한계가 있어서 일정만큼 복제하고 나면 말단소립이 완전히 사라지는데 이 복제 한계 횟수를 헤이플릭 한계Hayflick Limit라고 하며, 인간의 경우 약 60번이 헤이플릭 한계라고 한다.[3] 60번이나 복제한 세포는 더 이상 복제를 할 수 없어져 사멸이 되어 생명체의 노화와 죽음을 가져온다. 대부분의 세포는 말단소립을 신장시키는 효소를 지니고 있지 않지만, 일부는 특수한 효소를 통해 말단소립을 신장시킬 수가 있는데 이 효소가 바로 텔로머레이스Telomerase다.[4][5]2.2. 텔로머레이스
텔로머레이스(telomerase)는 세포가 분열을 할 때 DNA 말단 부분에서 일어나는 손실에 대해 이를 복구하는 것과 관련된 효소로 알려져있다. 따라서 이와 같은 복구가 더이상 일어나지않는다면 세포들은 세포분열의 반복에서 결국 나이 들어 죽게 된다는 것이다.
그런데 최근 헬렌 블라우 교수가 이끄는 미국 스탠퍼드대학 의대 연구팀이 이 텔로머레이스처럼 텔로미어를 연장시키는 효소를 개발해 냈다. 정확히 말하자면 연장효과가 일시적이고 제한적이라, 수명연장 효과도 10여년 정도로 제한적이지만, 대신 암 발병 등의 부작용도 그만큼 크지 않은 정도다. 그나마도 당연히 상용화되려면 갈길이 한참 남은 수준.
국내에서는 텔로미어효소 활성화 유전자를 함께 검사하여 제공하는 업체도 생겨 났다. 링크
3. 기타
핵 치환을 통한 복제 동물은 수명이 길지가 않다. 이유는 복제 대상이 될 개체의 세포 속 핵을 난자의 핵과 치환하여 복제하는데, 핵 속의 텔로미어는 개체의 수명만큼이나 닳아 없어져 있기 때문. 12살의 개의 세포를 가지고 동물 복제를 하면 막 태어난 강아지일지라도 나이는 12살인 것.[7]바닷가재처럼 말단소립을 복구하는 효소를 가지는 돌연변이로 태어난 사람이 존재할 수도 있지만, 수명이 길 뿐이지 사고나 질병, 전쟁 등으로 죽지 않는 것은 아닐 터이기에 과거 태어났다 하더라도 여태까지 살아있을 가능성은 적을 것이다.[8] 탈피를 하다가 천적에게 잡아 먹히거나 껍질을 벗느라 힘을 너무 쓰는 탓에 죽는 경우도 많다고 한다. 이런 이유들 때문에 가재의 영생이 이론상으로는 가능하지만, 실제로 영생을 누릴 가능성은 적다는 것이다.
또한 말단소립은 암을 막는 방어기제 중 하나이다. 세포 돌연변이가 암으로 발전(?)하려면 여러 가지 조건들을 동시에 충족시켜야 하는데, 엄청 단순화시켜서[9] 대표적인 것들 몇가지만 예로 들자면 분열속도 이상(고속증식), 자폭 신호 무시,[10] 말단소립 재생 등이다. 이 중 말단소립은 분열 가능한 최대 횟수를 세포에 미리 설정해서 하드 카운터로 제한하기 때문에 분열속도 과잉, 세포자살 신호를 무시하는 돌연변이가 동시에 일어나더라도 잠깐 퍼져 나가다가 말단소립이 다 닳아서 이상 증식이 금세 멈춰버린다. 이는 즉 줄지 않는 말단소립을 가진 돌연변이가 태어났더라도 높은 확률로 암으로 세상을 떠났을 것이라는 얘기이다.[11]
헌데 인간뿐만 아니라 자연계의 절대다수의 생물들은 수명이 길어봐야 수년~수십 년 남짓이다.[12] 일단 자연계에는 방사선[13], 유독물질 등 DNA/RNA 복제 과정에서 오류를 일으켜서 세포 돌연변이를 일으킬 수 있는 요인이 산재해있으며, 이는 진화의 원동력이기도 하다. 또한 이러한 위험요소가 거의 없는 최대한 안전한 환경에서도 인체에서 하루에만 수억~수십억의 세포가 죽고 이를 분열해서 보충하는데 이 와중에 복제 오류가 안 일어난다는 것은 확률적으로 불가능하다. 말단소립이 줄지 않는 돌연변이가 나오는 것만으로 불로장생할 수 있었다면 나이가 들어도 생존력이나 번식력이 유지되어서 유전자를 남기기가 훨씬 유리하므로[14] 지구 상 생물들의 수명은 진즉에 수백 년 단위로 늘어났을 것이다. 쉽게 말해, 죽을 확률이 높고 생존에 불리하니까 도태된 것이다.[15] 실재하는 불로장생 생명체들은 대체적으로 천적이 많지 않거나 개체수가 많은 등 특정 조건이 갖추어져 살아남을 수 있었다.[16]
텔로머레이스의 가장 큰 부작용은 암으로, 암을 정복하여 위험 부담 자체를 싸그리 지워버리면 적어도 인간의 기대수명이 크게 증가하는 효과가 있을 것이다.
하지만 텔로미어의 복구만으로 진정한 의미의 영생을 누릴 수 있는지는 확실하지 않다. 현재까지 나온 노화에 대한 각종 연구를 보면, 노화의 원인이 단지 텔로미어 하나만 있는 것 같지는 않아 보여서다. 그중 하나로 세포는 계속 복제를 거듭하면서 아주 조금씩 유전자에 오류가 누적되어 간다는 점이 있다. 대부분의 경우 이 오류는 큰 문제를 일으키지 않고 조용히 넘어가거나, 스스로 오류를 발견하고 세포 자살로 이어지거나, 드물게 암이 발생한다. 이러한 이유로 동일한 사람이라도 모든 세포의 유전자가 100% 완벽히 동일하지는 않다. 만약 텔로미어를 강제로 복구한다면, 이렇게 조금씩 누적되어 온 유전자 오류가 오랜 기간이 지난 뒤엔 치명적으로 작용할 가능성이 있다. 결국 텔로미어만이 아닌 신체 전체의 유전자를 모두 복구하는 수준의 기술이 나오지 않는 이상, 진정한 의미의 영생은 어려울 가능성이 높다.
사실 중금속, 유해요소 등의 이물질 침착이나 유전자 변성, 세포기작 악화를 제외한 과성장에 의한 증상도 노화 때문에 일어나는 거라 기대수명이 한번에 확 늘어나거나 가까운 미래에 모든 병을 지배하는 것은 불가능하다. 국가에서 걷어붙이고 나서지 않는 한, 돈이 있어야 수혜를 받을 수 있다는 것은 덤. 이는 대부분의 특이점을 주장하는 미래주의적 사고가 받는 비판이기도 하다. 그러나 비용 문제에 대해서는 시제품 또는 상용화 초기에는 비쌀 수 있지만 이후 과학이 발전함에 따라 해결될 것이라는 견해도 있다. 텔레비전이나 컴퓨터 등의 발명품도 상용화 초기에는 매우 비쌌지만 이후 성능은 올라갔음에도 불구하고 비용이 낮아졌다. 또한 유전자 검사[17] 등 같은 생명공학 분야에서도 이러한 현상이 목격되고 있다.
그리고 선진국 입장에서는 노화방지 및 회춘은 이익이 될 일인데 우선 선진국은 고질적인 저출산문제에 시달리고 있다. 기껏 회복해도 2명대 도달하지 못하는 국가가 많은건 덤 특히 한국은 이들 중에서도 독보적인 수준, 반면 의학기술의 발달로 평균수명은 계속 올라가고 있다. 이 말은 애는 안 태어나는데 노인은 계속 늘어난다는 의미로 애는 그래도 키우면 경제활동인구가 되기라도 하지 노인은 죽기 전까지는 국가에서 연금도 주고 의료보험 등으로 인해 세금을 많이 투입해야 한다. 그러고도 얻는 경제적 이익은 거의 없는건 덤.[18]
하지만 이 노인들을 회춘시킨다면, 예를 들어 50대로만 회춘시켜도 그 많은 노인들이 다시 적어도 10년 정도는 경제 활동에 참여할 수 있는 경제활동인구에 포함된다![19] 한 마디로 국가의 입장에서 노인은 세금을 많이 잡아먹으나 이러지도 저러지도 못하는 계층이지만 그 노인들을 죄다 회춘시켜 경제활동에 종사하도록 한다면 당장에 고령화 문제는 얼추 해결된다. 그 점에서 보면 국가가 이 분야에 투자하는 것도 구태여 손해만은 아닌 셈. 게다가 기술을 더더욱 발전시키면 아예 노인복지에 드는 비용 자체가 거의 없어질지도 모른다. 다만 개인에 따라서는 장수하는 대신에 노후생활 없이 70, 80이 되고 100이 되어도 일을 계속 해야 하니 싫어하는 사람이 생길지도 모른다.
# 텔로머레이스 관련 약물을 개발하는 회사이다.
| 생명 연장의 과학, 텔로미어 |
텔로미어는 이질염색질로 강하게 보호받고 있기 때문에 전사가 전혀 일어나지 않는다고 오랫동안 알려졌지만, 이 부분에서도 RNA가 전사된다는 사실이 밝혀졌다. 정확히는 텔로미어 근처에서 전사가 시작되어 텔로미어 부분까지 전사되는 것. 이 RNA를 TERRA(telomere-derived RNA)라고 하며, 단백질을 번역하지는 않지만 텔로머레이스를 억제하여 텔로미어 형성을 조절하는 것으로 알려져 있다.
[1] 가령 인간을 포함한 포유류의 경우 염기서열이 TTAGGG이고 식물의 경우 TTTAGGG가 반복된다.[2] 다만 아주 안정적이지는 않아서 세포의 분화, 역분화를 통해 텔로미어의 구조나 길이가 변화할 수 있다.[3] 70번이라는 말도 있다.# 이런 경우 1024배의 차이가 난다. 2의 10제곱이기 때문.[4] \[NIH\] Biochemistry (Mosc). 2010 Dec;75(13):1563-83. doi: 10.1134/s0006297910130055. Telomerase: structure, functions, and activity regulation ,M I Zvereva 1, D M Shcherbakova, O A Dontsova ,PMID: 21417995 DOI: 10.1134/s0006297910130055https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21417995/[5] Int J Oncol ,. 2012 Nov;41(5):1561-9. doi: 10.3892/ijo.2012.1611. Epub 2012 Aug 29. Telomere structure and telomerase in health and disease (review) Daniel E Gomez 1, Romina G Armando, Hernán G Farina, Pablo Lorenzano Menna, Carolina S Cerrudo, P Daniel Ghiringhelli, Daniel F Alonso,PMID: 22941386 PMCID: PMC3583695 DOI: 10.3892/ijo.2012.1611[6] 일반적인 정보전달방향이 DNA→RNA인 것과는 반대 방향으로, RNA를 DNA로 역전사시키는 효소이다. 일부 RNA 바이러스가 이러한 역전사가 가능한데, 대표적인 바이러스가 인간면역결핍 바이러스이다.[7] 다만 여기에는 반론도 있어서 돌리의 일찍 찾아온 죽음은 잦은 실험으로 인한 스트레스, 부적절한 양육 환경 때문이며 돌리와 비슷한 시기에 복제된 다른 양들은 돌리보다 훨씬 오래 살았다는 점을 들어 단순히 그것이 이유라고 할 수 없다고 주장하기도 한다.[8] 흔히 불로장생하는 동물로 꼽는 바닷가재, 히드라, 홍해파리도 어디까지나 자연사하지 않을 뿐 천적 만나거나 병 걸리면 얄짤없다.[9] 실제로는 겹겹의 방어기제가 있기 때문에 수십가지의 돌연변이가 거의 동시에 발생해야 한다.[10] 이를 세포자살이라 하는데 때문에 암 치료 방법으로 암세포에 세포자살을 유도하는 것이 연구되고 있다.[11] 암세포 자체가 세포 과정에서의 오류이기 때문에 건강한 성인이더라도 암세포는 생성되고 면역체계에 의해 제거당하지만 암세포가 너무 많아지면 면역체계도 한계가 오게된다.[12] 예외적으로 바닷가재, 홍해파리, 히드라는 수명을 알 수 없는데, 전자는 늙을수록 탈피 문제로 죽을 위험이 상승하기 때문에 보통 수명을 50년 정도로 보는 편이며 해파리와 히드라는 신경계까지 갈아치우며 회춘하기 때문에 일반적으로 생각하는 회춘과는 거리가 있다. 차라리 환생에 가까울 정도. 나무는 정말 장수하면 단일 개채만도 수천년도 살며 동물 중에서는 몇몇 종의 앵무새가 100여년, 그린란드상어, 거북과 조개는 수백년은 산다. 물론 운이 좋아야 가능하며 신진대사가 극도로 느리다는 게 특징.[13] 우라늄, 세슘같은 방사능 물질을 떠올리기 쉽지만 햇빛, 우주선 등도 훌륭한 방사선 공급원이다. 자외선에 많이 노출되면 피부암에 걸릴 확률이 높아진다는 속설(?)도 이 때문.[14] 그러나 반드시 옳지만은 않다. 예를 들어 쥐, 토끼같은 천적도 많고 수명도 그리 길지 않은 동물은 오히려 한번에 낳는 새끼 숫자가 많고 반대로 코끼리 같은 경우는 수명이 60년에 달하지만 워낙 천적다운 천적이 적어 한번에 새끼 한 마리씩만 낳는다. 즉 나이는 그다지 중요한 변수는 아니다.[15] 인간을 포함한 절대다수의 생물들은 영유아기에 가장 취약하며 성장할수록 생존력이 올라간다. 앞에서 설명한 말단소립-암 문제가 없다면 당연히 수명이 길면 길수록(기대수명에서 성장기가 차지하는 비율이 작으면 작을수록) 유리하다. 그러나 이것도 당연히 태어나서부터 홀로 살아가는 생물 얘기고(그렇다고 해도 유년기가 너무 길어 유년기에 너무 많이 죽는다는 문제는 못 피한다. 유생 단계에서 절대다수가 죽는 굴이나 따개비같은 해양생물들이 그 예시.) 보살핌을 받는 생물이라면 유년기가 길수록 오랜 보살핌을 받아야 해서 인간이나 코끼리처럼 천적이 드문 경우가 아니면 유년기를 무사히 넘길 가능성이 높지가 않다.[16] 홍해파리는 생활 구역 주변에 천적이 많지 않으며, 히드라는 개체수가 많다.[17] 상용화 초기에는 억 단위의 돈이 들었으나, 2010년대 후반에는 수백만 원 수준으로 비용이 내려갔으며, 2020년대에는 수천 원으로 더욱 감소할 것이라는 전망이 있다.[18] 이 때문에 정년을 연장시키는 등 노인들을 경제활동인구에 계속 넣기 위한 시도가 있지만 이러면 반대로 청년들의 일자리가 줄어든다.[19] 물론 이는 이상적인 조건 한정, 실제로는 노인 빈곤율과 높은 청년 실업률 등으로 인해 그 많은 노인들이 한번에 경제활동인구에 포함되기는 쉽지 않다. 여기에 저출산 문제가 심화될지도 모르는 단점도 있다.[20] 그렇지만 일단 70, 80대의 노인들이 다시 경제활동에 나설 가능성이 있다는 것은 분명 고무적인 성과라 할 수 있다.
[20] 노인들이 순식간에 젊어져서 노인복지에 드는 돈이 줄어 세금부담이 줄겠지만 반대로 그 많은 노인들이 일자리를 얻어야 하는데 그만큼 일자리가 늘지 못하면 실업급여 등으로 돈이 나가서 원점이 될 수 있다. 허나 장기적으로는 이것도 해결이 가능한데 노인들이 일자리를 얻어 소득을 얻게 되면 이 돈을 쓸 것이다. 수요와 공급에 의하면 수요에서 공급이 창출된다. 돈이 생긴 노인들의 소비로 공급이 창출되고 자동적으로 이 공급을 담당할 일자리도 생길 것이다. 그리고 이 일자리에 앉은 사람들이 돈을 벌 것이고 다시 이들이 소비를 하면 또 일자리가 생길 것이고... 즉 경제의 선순환이 발생한다. 거기에도 한계는 있겠지만.