인간은 왜 늙을까?

Why humans grow old grungily

내 다락방은 전망이 좋지 않으며, 닳아빠진 카펫 조각, 반쯤 비워진 응고된 페인트 깡통, 부서진 비디오들, 먹통 컴퓨터와 작동하지 않는 운동용 바이크들로 범벅 되어있다. 그것들을 쓰레기 더미로 가져간다는 생각만으로 나를 피곤하게 한다.

비슷한 무언가가 내 몸의 세포 안에서 일어나고 있다. 적어도 우리가 왜 늙는지에 관한 이론에 따르면 말이다. 노폐물은 쌓여가고 있고, 내가 그것들을 치우는 동안은 많은 노력이 소모 될 것이다. 그러므로 내 신진대사의 정화 시스템은 “괴롭히지 마”라는 신체 상태로 놓일 것이며 그 결과로 해로운 노폐물이 축적되고 있다.

노폐물은 노화의 여러 이론에서 중심역할을 한다. “자유라디칼(유리기:遊離基) 이론을 예로 들자면, 노화는 DNA와 단백질을 독성 노폐물로 차츰 변하게 하는 반응력이 높은 산소 종류에 의해 야기된다고 제시한다. 그러나 지금 노폐물에 더해, 그것이 어디에서 유래되어 어떻게 우리를 늙게 하는지에 대해 새로운 발견이 추가되었다. 대개 장수한 선충류 벌레의 변종들을 분석함으로서 유니버시티 칼리지의 노화연구센터의 David Gems와 Josh McElwee박사는 자유라디칼 이론이 거대한 이야기의 일부분일 뿐이라는 것을 발견했다.

그 이야기는 1993년 캘리포니아 대학의 Cynthia Kenyon 교수가 daf-2라 불리는 유전자에 변이를 가진 예쁜 꼬마 선충의 일부 변종이, 보통치보다 2배나 오래 살았다는 것을 발견한 때부터 시작된다. 이것은 노화가 유전자에 의해 통제받았다는 것을 보여주는 것처럼 보였다. 이것은 자유라디칼이론에 의해 영향을 받은 주로 감가상각(시간이 흐르면 생기는 어쩔 수 없는 마모)의 결과로 보는 광범위한 관점에 모순이 된다. 놀랄 필요도 없이 그 결과는 대소동을 일으켰다. 많은 연구자들은 어떻게 노화를 위한 유전자가 자연선택에 의해 진화할 수 있었는지 이상해 했다.

그러나 비슷한 유전자가 곧 파리와 쥐에게서도 발견되었다. 이제는 파리가 이러한 유전자 조작의 결과로 더 오래살 수 있다는 데에는 좋은 증거가 있으며, 초기의 쥐의 결과에서도 같은 점을 보여준다. 대부분의 연구자들은 이제 파리와 선충류 벌레들이 수명에 강력한 영향을 행사할 수 있는 유전자를 갖고 있으며, 유사한 유전자들이 인간에게도 역시 중요하다는 것을 인정한다. 그러나 이러한 유전자들이 실제로 그런가? 이것은 그 이후 커다란 의문이 되어왔다.

Kenyon의 발견 뒤 수년 후, 매사추세츠 종합병원의 연구자들은 daf-2 유전자가 무슨 역할을 하는지에 대해서 연구했다. 그들은 그것이 IGF-1(인슐린 유사 성장인자 1)라 불리는 신호 단백질을 인식하는 세포표면 수용체를 특정하게 받아들인다는 것을 발견했다.  그러한 많은 수용체들처럼 daf-2은 강력한 신호 캐스케이드의 정점에 있음이 밝혀졌다. IGF-1이 수용체에 한데 묶일 때, 그것은 세포 속에 정보를 전달하고 다른 유전자 daf-16으로 전환되는데 이것을 Kenyon의 그룹이 발견했으며 또한 수명에 영향을 끼친다. daf-16 유전암호는 유전자를 묶거나 떨어뜨리는 “억제 유전자” 단백질로 밝혀졌다. daf-2의 돌연변이들은 확실히 이러한 억제를 억누름으로써 수명을 늘리며, 이것이 아니면 작동하지 않았을 많은 유전자들을 활성화 시킨다.

그러나 어느 유전자가 daf-2에 영향을 미치는가? Kenyon의 그룹은 유전자 표현을 조사하려 최신의 기술 중 하나를 사용해서 밝히려 노력했다: 수많은 짧은 DNA 배열을 하나의 유리 슬라이드위에 집적한 마이크로 어레이 또는 “유전자 칩”.  살아있는 세포로부터 RNA 분자-어떤 유전자를 똑같이 복사한 것-를 취해서 그리고 어느 DNA 배열이 이것들을 결합하는지를 봄으로써, 마이크로 어레이를 통해 어느 유전자들이 활성화되었는지 알 수 있다. Kenyon의 아이디어는 일반적 예쁜 꼬마 선충의 유전자 표현과 장수한 daf-16 돌연변이들을 비교하는 것이었다. 그리고 2년 전 그녀는 daf-16에서의 돌연변이가 300개 이상의 유전자에게 영향을 끼친다는 것을 발견했다.

그리고 나서 그녀는 이 유전자들 중 어느 것이 장수와 연결되어 있지 않나를 살펴보았다. 세 가지 종류가 두드러졌다. 일부는 세포가 항 박테리아 효소를 만들게 유도했다. 이것은 박테리아를 먹고사는 벌레에게는 박테리아가 자신을 죽일 수 있으므로 필수적이다. 다른 것들은 열충격단백질들을 위한 유전자가 되었으며, 그것은 고온에서의 손상에서 세포를 보호한다. 세 번째 타입은 자유라디칼에 대해 보호역할을 한다.

Gems 와 그의 동료들은 이것이 전부라고 생각하지 않았다. Kenyon은 이러한 유전자들이 확립된 노화이론에 꼭 맞아 떨어지는 이유 때문에 특히 자유라디칼 이론에 초점을 맞추고 있었다. 다른 건 전부 어떨까? 그래서 그들은 같은 실험을 실시했으나, 일반적 의심의 대상에 대한 선입관을 제거할 수 있게 구성된 통계분석을 사용해서 중요한 유전자를 골라냈다.

그들은 장수한 벌레들에서 더 활발했던 유전자를 두 그룹으로 분류했다.  한 그룹은 샤프로닌으로 알려진, 스트레스 하에서 자신의 형태를 유지하도록 돕는 단백질에 포함되며 열충격 유전자에 포함된 유전자이다. 더 큰 다른 그룹은 물질대사에서 나오는 독성 부산물을 분쇄하는데 함유된 여러 효소들을 포함한다.

이 효소의 대부분은 포유류의 간세포로부터 이미 알려져 있으며, 이곳에서 약물, 독, 발암물질들을 중화한다. 그러나 자연적으로 모든 세포에서 발생하는 유해 화학물의 처리 또한 돕는다. Gems 교수가 본대로, 효소의 2번째  기능은 모든 분자의 노폐물을 처리하는 전반적 해독과 보수시스템을 구성한다.  

이 쓰레기의 일부는 자유라디칼에 의해 발생하지만 결코 그것이 전부가 아니다. 세포는 계속해서 붕괴하고 복잡한 화학물을 다시 만들고 있으며, Gems 교수가 지적하듯이 “일이 잘못될 가짓수가 무한하다.” 그래서 세포는 세포가 만들어내는 노폐물 분해 효소의 거대한 가족군이 필요하다. 그러나 그 시스템은 과중한 부담을 수행한다. 그것은 유기체가 다른 경우에 특히 생식과정에서 사용할 많은 에너지를 소모한다.

그리고 그러한 점이 자연선택설에 어떤 역할을 부여해준다. 세포의 노폐물 분해시스템을 약화시키고 생식에 에너지를 사용하는 개인은, 단기적으로 해독을 지속하는데 경쟁적 우위를 점한다. 물론 그 대가는 더 빨리 노화하고 더 일찍 죽는 것이다. 그러나 일반적 자연선택은 생식이 이루어진 이후의 유기체에 발생하는 것 이하가 될 수는 없었다.

최종 결과로 진화는 해독작업에서 벗어나 분자의 노폐물이 쌓이도록 하는 세포를 선호했다. Gems 와 McElwee 교수는 이제 노화란 대부분 일상적 노폐물 제거와 보수 기능의 고장에 기인한다고 믿는다. 이것을 그들은 “그린 이론”이라 부른다. 결국 침전물이 쌓이고 세포에 해독을 끼친다.

그 분야의 다른 사람들도 인지하고 있지만 그러나 아직 확신하지 못하고 있다. “그 이론은 많은 버튼을 제대로 누르고 있다.”라고 영국의 브리스톨 대학교의 Mark Viney 교수가 말한다. 그러나 그는 실험이 고될 것이라 경고 한다: 각 유전자들을 하나씩 차례로 불활성하게 만들어 그것이 어떤 영향력을 갖는지를 확인해야 할 것이다.  “거기에는 수백 개의 유전자들이 있다.”라고 Gems 교수가 인정한다.

그러면 그린이론을 사용해서 인간의 노화 문제에 싸우는 전망은 어떠할까? 이것이 이를테면 유리기 이론보다 더 일반적이지만, 노폐물을 쓰레기장에 치우기위해서는 아마 추가적으로 해야 할 일들이 많을 것이다. 그러나 그 희망이란 이 시스템에서의 하나나 두개의 유전자가 전부 자체적으로 커다란 영향력을 갖고 있다고 밝혀지는 것이다. 그때서야 아마도 우리는 그 영향력을 이용하는 법을 배울 수 있고 더 오래 살 수 있을 것이다. 아마 나도 내 다락을 깨끗이 치울 시간을 벌 수 있지 않을까 한다.