노화역전: 노화에 맞서기 위한 뇌줄기세포 부활
새로운 연구에서 뉴런을 생성하는 방법에 대한 힌트가 발견되었다.
인간의 뇌에 있는 대부분의 뉴런은 평생 지속되며, 그럴 만한 이유가 있다. 복잡하고 장기적인 정보는 시냅스 간의 복잡한 구조적 관계에 보존된다. 뉴런을 잃는다는 것은 그 중요한 정보를 잃는 것이다. 즉, 잊는 것이다.
흥미롭게도, 일부 새로운 뉴런은 여전히 신경줄기세포라고 하는 세포 집단에 의해 성인 뇌에서 생성된다. 그러나 뇌가 나이를 먹으면서 이러한 새로운 뉴런을 만드는 데 점점 덜 능숙해지고, 이러한 추세는 기억뿐만 아니라 알츠하이머병과 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환과 뇌졸중이나 기타 뇌 손상에서 회복하는 데도 파괴적인 신경학적 결과를 초래할 수 있다.
10월 2일 네이쳐에 발표된 새로운 스탠포드 의학 연구는 성인 뇌에서 새로운 뉴런을 생성하는 세포인 신경줄기세포가 뇌가 노화됨에 따라 어떻게 그리고 왜 덜 활동적이 되는지에 대한 희망적인 새로운 빛을 비춘다. 이 연구는 또한 오래된 신경줄기세포의 수동성을 해결하거나 심지어 수리가 필요한 젊은 뇌에서 새로운 뉴런을 생성하는 신경생성을 자극하는 몇 가지 흥미로운 다음 단계를 제안한다. 이는 줄기세포를 재활성화할 수 있는 새롭게 식별된 경로를 표적으로 삼는다.
유전학 교수인 앤 브루넷(Anne Brunet) 박사와 그녀의 팀은 과학자들이 살아있는 세포의 유전 코드를 정확하게 편집할 수 있도록 하는 분자 도구인 CRISPR 플랫폼을 사용하여 노크아웃되면 늙은 쥐의 배양 샘플에서 신경줄기세포의 활성화를 증가시키지만 어린 쥐의 경우에는 그렇지 않은 유전자에 대한 게놈 전체 검색을 수행했다.
Michele and Timothy Barakett Endowed 교수인 브루넷은 "처음에는 이런 능력을 가진 유전자 300개를 발견했다. 정말 많은 양이다."라고 강조했다. 후보를 10개로 좁힌 후, "특히 한 가지가 우리의 관심을 끌었다."라고 브루넷는 말했다. "그것은 GLUT4 단백질로 알려진 포도당 수송체의 유전자로, 오래된 신경줄기세포 안팎에서 포도당 수치가 높아지면 그 세포들이 비활성 상태로 유지될 수 있음을 시사한다."
역동적인 뇌
부르넷 연구실의 공식 박사후 연구원이자 네이쳐 논문의 주저자인 타이슨 루에츠(Tyson Ruetz) 박사는 해마와 후각구와 같이 많은 신경세포의 수명이 짧은 뇌 부위가 있으며, 그곳에서 신경세포는 정기적으로 만료되고 새로운 신경세포로 대체될 수 있다고 말했다. 그는 "뇌의 이러한 역동적인 부위, 적어도 젊고 건강한 뇌에서는 새로운 신경세포가 끊임없이 태어나고 더 일시적인 신경세포는 새로운 신경세포로 대체된다."라고 말했다.
현재 ReneuBio의 과학 고문이자 공동 창립자인 루에츠는 "결과가 정말 중요한" 생체 내에서 새롭게 발견된 유전 경로를 테스트하는 방법을 개발했다고 브루네는 말했다.
루에츠는 신경줄기세포가 활성화되는 뇌 부분인 뇌실하 영역과 새로운 세포가 증식하여 이동하는 곳인 후각구 사이의 거리를 이용했다. 후각구는 생쥐 뇌에서 수 밀리미터 떨어져 있다. 전자의 포도당 수송체 유전자를 녹아웃하고 몇 주를 기다린 다음 후각구에서 새로운 뉴런의 수를 세어 본 결과, 연구팀은 유전자를 녹아웃하면 실제로 신경 줄기 세포가 활성화되고 증식되어 살아있는 생쥐에서 새로운 뉴런 생성이 크게 증가한다는 것을 보여주었다. 최상의 개입을 통해 그들은 늙은 생쥐에서 신생 뉴런이 2배 이상 증가하는 것을 관찰했다.
루에츠는 "이를 통해 신경줄기세포의 세 가지 주요 기능을 관찰할 수 있다."라고 말했다. "첫째, 신경줄기세포가 증식하고 있다는 것을 알 수 있다. 두 번째로, 우리는 그들이 있어야 할 후각구로 이동하는 것을 볼 수 있다. 그리고 세 번째로, 우리는 그들이 그 부위에서 새로운 뉴런을 형성하는 것을 볼 수 있다."
같은 기술이 뇌 손상 연구에도 적용될 수 있다고 루츠는 말했다. "심실하 영역의 신경줄기세포는 뇌졸중이나 외상성 뇌 손상으로 인한 뇌 조직 손상을 복구하는 사업에도 종사하고 있다."
'희망적인 발견'
브루네는 포도당 수송체 연결은 "희망적인 발견"이라고 말했다. 첫째, 이는 오래되거나 손상된 뇌에서 새로운 뉴런 성장을 촉발하는 약물 또는 유전적 치료법을 설계할 수 있는 가능성을 시사할 뿐만 아니라, 오래된 신경줄기세포가 흡수하는 포도당의 양을 조절할 수 있는 저탄수화물 식단과 같은 더 간단한 행동적 개입을 개발할 수 있는 가능성을 시사한다.
연구자들은 후속 연구에 가치가 있는 다른 도발적인 경로를 발견했다. 성장 인자 및 신경전달물질과 같은 신호를 감지하고 처리하는 데 중요한 역할을 하는 일부 뇌 세포의 일부인 일차 섬모와 관련된 유전자도 신경줄기세포 활성화와 관련이 있다.
이 발견은 연구팀이 그들의 방법론이 효과적이라는 것을 확신시켜 주었는데, 부분적으로는 관련 없는 이전 연구에서 이미 섬모 조직과 신경줄기세포 기능 간의 연관성을 발견했기 때문이다. 또한 포도당 전달에 대한 새로운 단서와의 연관성이 두 경로를 모두 활용할 수 있는 대체 치료 경로를 가리킬 수 있기 때문에 흥미롭다고 브루네는 말했다.
"1차 섬모와 줄기 세포 휴면, 대사, 기능에 영향을 미치는 능력 사이에 흥미로운 교차 대화가 있을 수 있으며, 포도당 대사 측면에서 우리가 발견한 내용도 있을 수 있다."고 그녀는 말했다.
"다음 단계는 포도당 수송 유전자를 녹아웃하는 것과는 달리 포도당 제한이 살아있는 동물에서 어떤 역할을 하는지 더 자세히 살펴보는 것이다."라고 브루네는 계속 말했다.