인체의 실제 노화 과정: 21개 장기에 걸쳐 700만 개의 세포를 분석

나이가 들면서 암, 심장병, 치매와 같은 심각한 질병에 걸릴 위험이 높아집니다. 수년 동안 연구자들은 이러한 질병들을 개별적으로 연구해 왔습니다. 이제 많은 과학자들은 한 걸음 물러나 더 광범위한 질문을 던지고 있습니다. 질병을 하나씩 치료하는 대신, 노화 과정을 늦추면 여러 질병의 위험을 동시에 줄일 수 있지 않을까? 이 질문에 답하기 위해서는 먼저 노화와 함께 나타나는 생물학적 변화를 유발하는 요인을 이해해야 합니다.

과학 저널 '사이언스 '에 발표된 새로운 연구는 노화 과정에 대한 전례 없는 통찰력을 제공합니다. 록펠러 대학교 연구진은 포유류 21개 조직에 걸쳐 수천 가지 세포 유형에 노화가 어떻게 영향을 미치는지에 대한 가장 상세한 세포 지도를 구축했습니다. 연구팀은 세 가지 연령대의 쥐에서 약 700만 개의 개별 세포를 조사하여 시간이 지남에 따라 어떤 세포가 가장 취약한지, 그리고 어떤 요인이 세포 감소를 유발하는지 밝혀냈습니다.

"저희 목표는 노화와 함께 무엇이 변하는지뿐만 아니라 왜 변하는지를 이해하는 것이었습니다."라고 단일 세포 유전체학 및 개체군 역학 연구실을 이끄는 차오 준위에(Junyue Cao)는 말합니다. "세포 및 분자 수준의 변화를 분석함으로써 노화를 유발하는 요인을 파악할 수 있습니다. 이는 노화 과정 자체를 표적으로 하는 치료법 개발의 길을 열어줍니다."

가장 주목할 만한 발견 중 하나는 여러 장기에서 연령 관련 변화가 동시에 일어난다는 점이었습니다. 연구진은 또한 이러한 변화의 거의 절반이 남성과 여성 간에 차이가 있다는 사실을 발견했습니다.

21개 장기에 걸친 대규모 세포 조사

이러한 규모에서 노화를 매핑하기 위해, 대학원생인 지위 루가 이끄는 차오 연구팀은 단일 세포 ATAC-seq라는 방법을 개선했습니다. 이 접근 방식은 각 세포 내에서 DNA가 어떻게 포장되는지 살펴보고, 유전체의 어떤 영역이 접근 가능하고 활성화되어 있는지를 밝혀내는데, 이는 세포의 상태와 기능을 나타내는 핵심 지표입니다.

연구진은 이 기술을 1개월(젊은 성체), 5개월(중년), 21개월(노년)의 세 가지 연령대 쥐 32마리의 21개 장기에서 채취한 수백만 개의 개별 세포에 적용했습니다.

"놀라운 점은 이 전체 아틀라스가 단 한 명의 대학원생에 의해 만들어졌다는 것입니다."라고 카오 교수는 말합니다. "이러한 대규모 아틀라스를 제작하려면 보통 수십 개의 연구실로 구성된 대규모 컨소시엄이 필요하지만, 우리의 방법은 다른 접근 방식보다 훨씬 효율적입니다."

연구팀은 총 1,800개 이상의 서로 다른 세포 아형을 확인했는데, 여기에는 이전에는 완전히 규명되지 않았던 희귀 세포군도 다수 포함되어 있었습니다. 그런 다음 연구팀은 쥐가 젊은 성체에서 중년, 그리고 노년으로 성장함에 따라 이러한 세포의 수가 어떻게 변화하는지 추적했습니다.

초기 및 조정된 세포 이동

수십 년 동안 과학자들은 노화가 주로 세포 기능의 변화를 가져오지, 각 세포 유형의 수를 변화시키지는 않는다고 믿어왔습니다. 그러나 이번 새로운 분석은 이러한 견해에 이의를 제기합니다. 전체 세포 유형의 약 4분의 1에서 시간이 지남에 따라 개체 수에 유의미한 변화가 나타났습니다. 특정 근육 및 신장 세포 집단은 급격히 감소한 반면, 면역 세포는 상당히 증가했습니다.

"이 시스템은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 역동적입니다."라고 카오 교수는 말합니다. "그리고 이러한 변화 중 일부는 놀랍도록 일찍 시작됩니다. 생후 5개월이 되면 일부 세포 집단은 이미 감소하기 시작합니다. 이는 노화가 단순히 노년에 일어나는 현상이 아니라 지속적인 발달 과정의 일부라는 것을 보여줍니다."

놀라운 점은 이러한 변화들이 놀라울 정도로 동기화되어 있었다는 것입니다. 유사한 세포 상태가 여러 장기에서 함께 상승하고 하강했습니다. 이러한 패턴은 혈류를 통해 순환하는 인자와 같은 공통된 신호가 신체 전반의 노화를 조율하는 데 도움을 준다는 것을 시사합니다.

이 연구는 또한 남성과 여성 사이에 뚜렷한 차이가 있음을 밝혀냈습니다. 노화 관련 변화의 약 40%가 성별에 따라 유의미한 차이를 보였습니다. 예를 들어, 여성은 나이가 들면서 훨씬 더 광범위한 면역 활성화를 나타냈습니다.

"이것이 여성에게서 자가면역 질환 발병률이 더 높은 이유를 설명해 줄 수 있을 것"이라고 차오 교수는 추측한다.

유전적 핫스팟과 미래의 항노화 치료법

연구진은 세포 집단의 변화를 세는 것 외에도 시간이 지남에 따라 세포 내 DNA의 접근 가능한 영역이 어떻게 변화하는지 조사했습니다. 분석된 130만 개의 유전체 영역 중 약 30만 개에서 노화와 관련된 유의미한 변화가 나타났습니다. 이러한 변화 중 약 1,000개는 다양한 세포 유형에서 공통적으로 나타났으며, 이는 신체 전반에 걸쳐 노화를 유도하는 공통적인 생물학적 프로그램이 존재한다는 가설을 뒷받침합니다. 이러한 공통 영역 중 상당수는 면역 기능, 염증 또는 줄기세포 유지와 관련이 있었습니다.

"이번 연구 결과는 노화가 단순히 무작위적인 유전자 퇴화라는 생각에 도전합니다."라고 카오 교수는 말합니다. "오히려 우리는 특히 취약한 특정 조절 부위를 발견했으며, 노화 과정을 유발하는 요인을 이해하려면 바로 이러한 부위를 연구해야 합니다."

연구팀은 자신들의 연구 결과를 기존 연구와 비교한 결과, 사이토카인이라는 면역 신호 전달 분자가 노화 과정에서 관찰되는 여러 세포 변화를 유발할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 카오 박사는 이러한 사이토카인을 조절하도록 설계된 약물이 여러 장기에 걸쳐 진행되는 노화 과정을 늦출 수 있을 것이라고 제안합니다.

"이것은 정말 출발점일 뿐입니다."라고 차오 교수는 말합니다. "우리는 취약한 세포 유형과 분자적 핵심 부위를 확인했습니다. 이제 관건은 이러한 특정 노화 과정을 표적으로 하는 치료법을 개발할 수 있는지 여부입니다. 우리 연구실은 이미 다음 단계 연구에 착수했습니다."

전체 노화 아틀라스는 epiage.net 에서 누구나 열람할 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/02/260228082717.htm