기네스북, 세계최고 장수국가한국(6)

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노화의 비밀(3)

<노화의 요인 3가지>

마모 이론, 손상설만으로 복잡하고 변화무쌍한 인간의 노화 양상을 모두 설명하기 어렵다는 점이다.

 

노화는 생체시계 과정

첫째는 노화를 이미 존재하는 마스터플랜의 일환으로 보는 것이고 또 다른 하나는 불규칙한 어떤 사건에 의한 결과로 보는 것이다. 전자의 경우는 어떤 특정 분자의 일련의 화학적 사건과 물리적 변화에 기초를 둔 생체시계의 가동 결과로 본다. 즉 노화는 이미 태어날 때부터 생물체의 유전자 시스템에 입력되어 있으며 이 유전자는 약속된 시기에 작동을 개시한다는 것이다. 사춘기나 폐경기가 오는 것도 우리 몸에 일종의 생물학적 시계가 있어서 ‘삶의 일정표’가 진행된다는 것을 뜻한다. 이와 같은 운명론적인 노화이론을 ‘수명 프로그램설’이라고 한다. 이 이론은 자식을 모두 생산하고 나면 젊은이들의 먹이만 축낼 뿐 종의 보존에는 백해무익하므로 살아남을 이유가 없다는 다소 비정한 주장이지만 진화론을 신봉하는 많은 학자들의 지지를 받았다.

자동차나 의자는 100의 충격을 주면 동일하게 100의 손상을 받지만 사람은 그렇지 않기 때문이다. 과학자들은 사람의 노화를 초래하는 보다 복잡하고 정교한 내적 요인에 대해 집중했다. 마모이론을 제외하고 가장 많이 거론되는 것은 다음 세 가지다.

 

① 수명 프로그램 설

프로그램 이론은 사람의 형질을 결정짓는 유전자 속에 특정인의 노화와 수명에 관한 모든 정보가 미리 입력되어 있다는 이론이다. 즉 노화는 이미 태어날 때부터 생물체의 유전자 시스템에 입력되어 있으며 이 유전자는 약속된 시기에 작동을 개시한다는 것이다. 사춘기나 폐경기가 오는 것도 우리 몸에 일종의 생물학적 시계가 있어서 ‘삶의 일정표’가 진행된다는 것을 뜻한다.

 

DNA

이와 같은 운명론적인 노화이론을 ‘수명 프로그램설’이라고 한다. 이 이론은 자식을 모두 생산하고 나면 젊은이들의 먹이만 축낼 뿐 종의 보존에는 백해무익하므로 살아남을 이유가 없다는 다소 비정한 주장이지만 진화론을 신봉하는 많은 학자들의 지지를 받았다.

어떤 가계(家系)는 태생적으로 살이 찌고 혈압과 콜레스테롤이 높아 아버지와 아들, 손자가 모두 40대에 심근 경색이 발생해서 사망하는데 이는 ‘운명’이 미리 유전자 속에 설계돼 있다는 이론이다. 물론 식사나 운동 등 생활습관 개선이나 의학적 치료로 상당 부분 완화되지만 여하튼 그런 후천적 요인을 배제한다면 한 사람의 노화와 수명에 관한 운명은 미리 유전자에 프로그래밍된 것에 따라 차례적으로 진행된다는 이론이다.

이 문제는 과학자들에게 사실 많은 연구분야를 준 것으로 유명하다.

학자들은 다분히 결정론적인 프로그램 이론에서 탈피하며 인간의 운명이 미리 유전자에 입력돼 있다면 구체적으로 어떤 유전자에 그런 운명이 입력돼 있는지 알아보자는 것이다.

사실 현대에 발표되는 수많은 논문들은 이 부분에 관한 것이 상당부분이다. 과학자들은 질병이나 노화, 수명과 관련된 많은 유전자를 찾아냈고, 그 유전자의 돌연변이나 발현 정도에 따라 노화와 장수에 직접 영향을 미친다는 사실을 파악했다.

실제로 특정 유전자에 돌연변이가 생기면 노화가 급속도로 진행되는 ‘조로증(Progeria)’이 생긴다는 사실도 발견했다. 또 항산화효소 유전자의 발현이 증가하면 수명이 늘어나고, 반대로 인슐린이나 성장호르몬 관련 유전자의 발현을 억제하면 수명이 연장된다는 사실을 발견했다. 결국 노화와 장수에 관계되는 유전자의 발현 정도를 조정하면 미리 프로그램된 운명은 어느 정도 조절할 수 있다는 것이다.

더욱 흥미로운 것은 네덜란드 연구진이 술, 담배를 해도 므두셀라 유전자가 있으면 100세 이상 장수할 수 있다는 것도 발견했다. 학자들은 유전자 발현(發顯)이란 대목에 주목한다.

발현의 사전적 의미는 속에 있거나 숨어있는 것이 밖으로 나타나거나 나타나게 하는 것을 뜻한다. 유전자의 발현은 전등의 스위치를 생각하면 이해가 쉽다. 스위치가 꺼져 있으면(발현이 되지 않으면) 유전자의 고유 기능이 발휘되지 않지만, 어느 순간 스위치가 켜지면 마치 불이 들어오는 것처럼 그 유전자의 고유 기능이 발휘된다는 것이다.

DNA 형태의 유전자가 발현하여 기능을 발휘하기 위해서는 RNA를 통해 단백질을 만들어야 한다. 그런데 유전자 구조(염기서열)에 돌연변이가 생기거나 그 유전자의 발현이 인위적으로 억제 또는 증폭되면 RNA를 통한 정상적인 단백질 생산에 차질을 빚게 된다. 한마디로 단백질의 기능이 변해 여러 병이 생기거나, 노화가 일어나거나 반대로 노화가 억제되는 등의 현상이 일어난다. 이처럼 유전자 발현을 인위적으로 조절하는 것을 ‘후성유전학(Epigenetics)’이라 한다.

유전자 발현을 조절하는 방법 중 하나는 DNA에 붙어 있는 ‘메칠기’의 양을 조절하는 것이다. 같은 유전자라도 메칠기가 얼마나 붙어 있느냐에 따라 유전자 발현 정도가 차이난다. 또 DNA를 둘러싸고 있는 ‘히스톤’이란 단백질에 붙어 있는 ‘아세틸기’의 양을 조절하는 방법도 있다. 아세틸기가 많아지면 히스톤 사이에 틈새가 생겨 유전자를 발현시키는데 필요한 인자의 DNA 접근이 가능해져 유전자의 발현이 증가한다.

그런데 유전자 발현은 우리가 먹는 음식, 약물, 주위 환경 물질 등에 의해 영향을 받는다. 한마디로 손상되는데 즉 손상물질이 축적되면 결국 수명과 연계된다는 것이다.

학자들은 노화된 세포에 메칠기나 아세틸기를 붙이거나 떼어냄으로써 유전자 발현을 조절하면 젊고 건강한 세포로 다시 되돌릴 수 있다고 설명한다. 실제로 사람을 대상으로 10년 단위로 연구를 진행한 결과 어떤 환경에서 어떤 음식을 먹고 사는지에 따라 유전자 발현이 10년에 5% 정도 차이 났다는 연구 결과도 있다.

 

② 텔로미어 단축 이론

근래 폭발적으로 주목받고 있는 내용이 텔로미어 즉 즉 염색체말단립(染色體末端粒)에 관한 것이다. 텔레미어에 대한 연구는 두 가지로 나뉜다.

 

텔로미어

‘텔로미어’란 막대 모양의 염색체 양쪽 끝에 있는 DNA인데, 세포가 분열할 때마다 텔로미어 길이가 조금씩 짧아진다는 것이다. 이같은 사실은 일반 동물 및 사람에게도 적용된다. 텔로미어 길이가 길면 세포가 아직 젊다는 뜻으로 이후에도 여러 번 세포 분열할 수 있다는 뜻이며 텔로미어 길이가 짧으면 이미 세포가 많이 분열해서 더 분열할 수 있는 여유가 거의 없다는 뜻이다.

둘째 연구는 다소 껄끄러운데 세포분열 자체에 상한선이 있다는 뜻이다. 이는 수명프로그램설과도 연계되는데 이 부분부터 먼저 설명한다.

학자들은 과거부터 영생불사의 비결은 세포의 분화 과정에 있다고 설명했다.

그런데 학자들은 세포의 집단으로 형성된 개체에 수명이 있다면 그것을 구성하고 있는 개개의 세포에도 수명이 있을지 모른다고 추정했다. 바로 이런 내용을 알기 쉽게 설명한 사람이 미국의 헤이프릭 박사다. 헤이프릭은 정상세포가 영원히 살 수 있는 것이 아니며 정해진 수명이 있다고 주장했는데 이는 수명프로그램설과도 연계된다.

그의 주장은 간단하다. 세포가 어느 정도 분열을 반복하게 되면 그 능력이 상실된다는 것이다.

수명이 약 2.5년인 새앙쥐의 세포 분열이 14∼28번, 수명이 30년인 닭은 15∼35번, 인간이 40∼60번이며 150년 이상 사는 갈라파고스 거북이가 72∼114번이다. 이는 세포의 분열 횟수가 한계에 다다르면 수명 역시 마감한다는 것으로 세포의 수명과 개체의 수명 사이에 밀접한 관계가 있다는 것을 시사한다. 특히 학자들을 놀라게 한 것은 50번 분열하는 태아의 세포를 20번 분열시킨 다음에 냉동 보존했다가 다시 배양을 시켰더니 30번 분열하고 정지했다는 점이다. 정상세포에게 아무리 적합한 환경을 인위적으로 조성해 주어도 소용이 없으며 정해진 수명이 있음을 분명히 보여주는 것이다.

노화를 의미하는 세포분열에는 왜 한계가 있는 것이며 그 원인은 무엇일까? 이러한 질문을 줄기차게 던지는 이유는 노화의 원인만 찾으면 노화를 막을 수 있지 않을까 해서이다. 학자들의 노력은 헛되지 않아 드디어 그 결정적인 단서를 찾았다. 앞에 설명한 세포 핵 안에 있는 텔로미어가 바로 그 원인이라는 것이다.

텔로미어는 ‘TTAGGG’라는 염기의 배열이 250∼2,000번 반복되어 있다. 이것은 DNA 복제 때마다 떨어져나가며, 다 사라졌을 때 바로 세포분열의 한계가 온다는 것이다.

텔로미어의 중요성은 과학자들이 한 사람 즉 개체의 남은 수명을 비교적 정확하게 예측할 수 있다는데 있다. 흔히 사람의 나이가 노화 정도나 사망 위험도를 예측하는 지표, 즉 ‘바이오마커(Biomarker)’라고 생각하지만 나이는 매우 불완전한 바이오마커라는 점이다.

 

텔로미어의역할과텔로머라제의작용기전

이는 개인의 감각기능, 운동기능, 인지기능 등 건강상태는 나이와 관계없는 경우가 많기 때문이다. 그러나 텔로미어는 거짓말하지 않는다. 한마디로 90세인 사람도 텔로미어 길이가 길면 앞으로 건강하게 장수하리라 예측할 수 있다는 점이다. 반면에 아무리 건강해 보이는 30대라도 텔로미어 길이가 얼마 남지 않으면 오래 살지 못할 것이라고 예측하는 것이 가능하다. 결국 텔로미어 길이를 측정함으로써 한 사람이 자기 수명의 몇 퍼센트쯤에 와 있는지 알 수 있다는 것이다.

과학자들은 텔로미어의 남은 길이가 수명과 연관있다면 인위적으로 텔로미어 길이를 연장시켜 수명을 연장시킬 수 있지 않느냐고 질문했다. 학자들의 생각은 옳았다. 생쥐를 대상으로 한 실험에서 텔로미어를 길게 해주는 효소인 텔로머라제(Telomerase)의 발현을 증가시키자 실제로 생쥐 수명이 늘어난 것이다.

생명의 수명을 인위적으로 연장시킬수 있는 길이 생겼지만 여기에도 현실적인 문제가 있다. 텔로머라제는 정상세포에서는 발현되지 않고 줄기세포, 생식세포, 암세포에서만 발현되어 텔로미어 길이를 일정하게 유지한다는 점이다.

따라서 과학자들은 줄기세포나 암세포가 아닌 정상 세포에서 텔로머라제의 활성을 증가시키는 물질이나 약물을 개발함으로써 노화 과정을 늦추고, 수명도 연장시키는 방안에 집중하고 있음은 물론이다.