생명과학과 이승재 교수 연구팀이 온도가 낮을수록 특정 생물의 수명이 길어지는 현상에서 MDT-15와 올레산이 중요한 역할을 갖는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구 결과는 지난 8월 13일 <플로스 바이올로지(PLOS Biology)>에 게재되었다.

다양한 종에 내재된 장수 매커니즘

주변 환경의 온도는 성장, 신진대사 및 노화와 같은 유기체의 생리 현상에 큰 영향을 미친다. 특히 예쁜꼬마선충(C.elegans)과 같은 변온동물의 체온은 환경 온도에 의한 영향을 크게 받는다. 예쁜꼬마선충이 실온보다 낮은 온도에서는 오래 살고, 높은 온도에서는 짧게 산다는 사실은 잘 알려져 있다. 그뿐만 아니라 온혈 동물인 생쥐 또한 저온에서 더 오래 생존한다. 이러한 사실은 저온에서의 장수가 다양한 종에 걸쳐 잠재된 메커니즘임을 시사한다. 그러나 어떻게 저온에서 더 오래 생존하는지는 알려지지 않았다. 이번 연구에서는 수명이 짧고 유전자 서열이 잘 밝혀진 예쁜꼬마선충을 모델 생물로 어떤 대사 과정으로 인해 저온에서 수명이 연장되는지 밝혔다.

인지질막 유동성 조정하는 MDT-15

연구팀은 실험을 통해 전사보조인자인 MDT-15가 저온에서의 수명 연장과 단백질 항상성*에 필수적이라는 것을 밝혀냈다. MDT-15를 발현시키는 유전자인 mdt-15를 변이시킨 예쁜꼬마선충이 대조군보다 저온 상태에서 수명이 덜 연장되었다는 것을 통해 MDT-15가 수명 연장에 중요한 인자임을 확인했다. 발현된 MDT-15는 지방산불포화효소**인 FAT 단백질을 암호화한 fat-7 유전자를 발현시키는 데 필요하다. 

모든 생명체에서 불포화지방산과 포화지방산의 상대적인 비율은 항상성을 유지하기 위해 조절된다. 저온에서는 인지질막(세포막)의 유동성을 유지하기 위해 포화지방산 보다 더 많은 불포화지방산이 필요하다. 실제로 예쁜꼬마선충에서 불포화/포화지방산 비율은 환경 온도와 반비례하는데, 이때 지방산불포화효소인 FAT 단백질은 저온에서 불포화/포화지방산 비율을 증가시키는 데 중요한 역할을 한다. 즉, MDT-15가 FAT 단백질의 발현을 조절해 생리 현상에 관여하는 것이다. 또한, MDT-15은 세포질에서 샤페론의 발현을 유도하는데, 샤페론은 손상된 단백질이 정상적인 입체 구조를 가지도록 돕고, 수정할 수 없을 시 분해하는 역할을 한다. 이는 비정상적인 단백질의 독성을 감소시켜 단백질 항상성을 유지하는 데 필수적이다.

지방산 비율 조정하는 올레산

MDT-15로 인해 가장 많이 생산되는 물질 중 하나인 올레산은 단가불포화지방산으로 많은 동식물에 존재하며 특히 올리브유에 많이 존재한다. 연구팀은 저온에서 mdt-15 돌연변이로 인해 단백질 항상성과 수명에 결함이 발생한 예쁜꼬마선충에 올레산을 보충하면 이러한 결함이 줄어든다는 것을 확인했다. 보충된 올레산이 불포화/포화지방산 비율을 높여 저온에서 단백질 항상성 및 지질 항상성 유지를 도와 수명의 연장에 기여한다는 것이다.

인간에서 낮은 불포화/포화지방산 비율은 고혈압, 심장 질환 및 알츠하이머 질환과 같은 많은 질병과 연관되어 있다. 특히 알츠하이머 환자는 뇌에서 매우 높은 포화지방산 수준을 보이는데 이로 인해 단백질 독성이 발생한다. 이처럼 병리 생리학에서 불포화/포화지방산 비율의 중요성이 대두되고 있기 때문에 예쁜꼬마선충을 이용한 MDT-15와 지질 대사에 대한 추가적인 연구는 인간 질병 치료에 도움이 될 것으로 기대받고 있다.

이번 연구에 참여한 정윤지 박사과정은 “저온에서 MDT-15가 지질 및 단백질 항상성을 유지하는 데 도움을 주는 수명 연장에 중요 인자인 것을 밝혀냈다”며 “장수와 관련된 세부적인 대사과정의 추가 연구를 통해 사람에게도 적용되기를 기대한다”라고 전했다.

단백질 항상성*
정상적인 단백질 기능을 유지하려는 생명체의 성질. 활성산소에 의해 세포소기관 및 거대분자에 발생하는 산화적 손상을 복구 혹은 분해하는 과정을 통해 이를 조절한다.

지방산불포화효소**
지방산에서 두 개의 수소 원자를 분리해 탄소-탄소 이중 결합을 만드는 효소. 이중 결합을 가지지 않는 지방산인 포화지방산을 불포화지방산으로 바꾼다.