끝까지 죽지 않는 암세포의 비밀, 정크 DNA에서 실마리를 찾다

인체는 본질적으로 수조 개의 살아있는 세포로 구성되어 있다. 세포는 시간이 지남에 따라 노화되며, 이는 세포가 결국 복제 및 분열을 멈출 때 끝난다. 과학자들은 유전자가 세포의 노화와 인간의 수명에 영향을 미친다는 사실을 오랫동안 알고 있었지만 정확히 어떻게 작용하는지는 불분명했다. 워싱턴 주립 대학의 연구원들이 주도한 새로운 연구 결과는 그 퍼즐의 작은 조각을 해결하여 과학자들이 노화의 미스터리를 해결하는 데 한 걸음 더 다가가도록 했다.

워싱턴주립대학교 약학대학원 지예 주(Jiyue Zhu) 교수가 이끄는 연구팀은 특정 유형에서 노화를 예방하는 텔로머라제 유전자의 활성을 유도하는 VNTR2-1로 알려진 DNA 영역을 확인했다. 이 연구는 지난 7월 미국 국립과학아카데미 학술지 'Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)'에 실렸다.

텔로머라제 유전자는 텔로머라제 효소의 활성을 조절하며, 이는 텔로미어를 생성하는데 도움이 된다. 이 효소는 세포 내 염색체를 보호하는 DNA의 각 가닥 끝에 있는 캡이다. 정상 세포에서 텔로미어의 길이는 세포가 분열하기 전에 DNA를 복제할 때마다 조금씩 짧아진다. 

텔로미어가 너무 짧아지면 세포가 더 이상 번식할 수 없어 노화되고 죽는다. 그러나 생식 세포와 암세포를 포함한 특정 세포 유형에서는 텔로머라제 유전자의 활성으로 인해 DNA가 복사될 때 텔로미어가 동일한 길이로 재설정된다. 이것은 본질적으로 암세포가 계속해서 증식하고 종양을 형성할 수 있는 이유가 되기도 한다. 

텔로머라제 유전자가 어떻게 조절되고 활성화되는지 그리고 그것이 특정 유형의 세포에서만 활성화되는 이유를 아는 것은 언젠가 인간의 노화와 암의 확산을 막는 방법을 이해하는 열쇠가 될 수 있다. 이것이 워싱턴주립대 주 교수 연구팀이 과학자로서의 지난 20년의 경력을 오로지 이 유전자 연구에만 집중한 이유다.

주 교수는 VNTR2-1이 텔로머라제 유전자의 활성을 유도하는데 도움이 된다는 그들의 발견은 그것이 나타내는 DNA 서열의 유형 때문에 특히 주목할 만하다고 말했다.

그는 "우리 게놈의 거의 50%는 단백질을 암호화하지 않는 반복적인 DNA로 구성되어 있다"며 "이러한 DNA 염기서열은 우리 게놈에서 '정크 DNA' 또는 암흑물질로 간주되는 경향이 있어 연구하기가 어렵다. 우리 연구에 따르면 그 단위 중 하나가 실제로 텔로머라제 유전자의 활성을 향상시키는 기능을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다“고 강조했다. 

그들의 발견은 인간 세포주와 쥐 대상 암세포에서 DNA 서열을 삭제하면 텔로미어가 단축되고 세포가 노화되며 종양 성장이 멈춘다는 것을 발견한 일련의 실험을 기반으로 한다. 그 후, 그들은 1988년에서 2008년 사이에 100세 이상의 사람들 그룹을 추적한 연구인 조지아 100세 연구(Georgia Centenarian Study)에서 백인과 아프리카계 미국인 100세 및 대조군 참가자로부터 채취한 DNA 샘플의 서열 길이를 조사한 연구를 수행했다. 연구원들은 시퀀스의 길이가 DNA의 53개에서 최대 160개 반복까지 다양하다는 것을 발견했다.

주 교수는 "그것은 매우 다양하며 우리 연구는 실제로 텔로머라제 유전자가 더 긴 서열을 가진 사람들에게서 더 활동적임을 보여주는 것“이라고 설명했다. 

매우 짧은 서열이 아프리카계 미국인 참가자에게서만 발견되었기 때문에 그들은 그 그룹을 더 자세히 살펴보았고 대조군 참가자에 비해 짧은 VNTR2-1 서열을 가진 100세 이상 노인이 상대적으로 적다는 것을 발견했다. 

그러나 주 교수는 서열이 더 짧다고 해서 반드시 수명이 단축되는 것은 아니라고 말했다. 왜냐하면 텔로머라제 유전자가 덜 활동적이고 텔로미어 길이가 더 짧아 암에 걸릴 가능성이 줄어들 수 있기 때문이다.

그는 "우리의 발견은 이 VNTR2-1 서열이 우리가 어떻게 노화되고 어떻게 암에 걸리는지에 대한 유전적 다양성에 기여한다는 것을 말해주고 있다"며 "우리는 발암 유전자(또는 암 유전자)와 종양 억제 유전자가 우리가 암에 걸리는 모든 이유를 설명하지 않는다는 것을 알고 있다. 우리 연구에서 발견한 것은 발암 유전자의 돌연변이보다 훨씬 더 복잡한 것이다. 그렇기에 정크 DNA를 더 자세히 살펴보기 위해 연구를 확장하고 있다"고 밝혔다. 

주 교수는 아프리카계 미국인이 여러 세대에 걸쳐 미국에 있었기 때문에 그들 중 많은 사람들이 이 서열의 일부를 물려받았을 수도 있는 백인 조상을 가지고 있다고 지적했다. 그래서 다음 단계로 그와 그의 팀은 아프리카 인구의 염기서열을 연구할 수 있기를 희망하고 있다.