텔로머라제, 뇌 기능에 끼치는 영향

 

 

안녕하세요. 텔로머라제의 모든 것을 알려드리는 텔로머라제 홍보대사입니다.

 

 

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텔로미어란?

염색체 끝 부분에 붙어있는 반복 염기서열로,

염색체의 손상을 막아주는 역할을 함

 

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텔로머라제란?

텔로미어가 손상되면 복구, 생성해주는 효소

노화를 방지하는 효소

 

 

 

이번 포스트에서는 텔로머라제(Telomerase)가 뇌 기능, 특히 해마(Hippocampus)와 후각망울(Olfactory bulb)에 끼치는 영향에 대해 알아보겠습니다.

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해마는 학습과 기억에 관여하며, 감정 행동 및 일부 운동능력을 조절하는 부위입니다. 또한, 새로운 기억의 형성, 학습, 감정과도 연관된 기관이죠. 그래서 해마에 장애가 생기면 알츠하이머 치매가 유발된다고 합니다.

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후각망울은 이름에서도 알 수 있듯이, 후각 수용기로부터 신호를 직접 전달받는 뇌 구조입니다. 우리의 후각 능력, 즉 냄새를 맡고 어떤 냄새인지 판단할 수 있게 해주는 역할을 합니다.

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이 논문에서는 텔로머라제가 해마와 후각망울에 어떤 영향을 끼치고, 텔로머라제가 발현되지 않으면 어떤 문제가 생기는지에 대해 자세히 다뤘는데요. 지금부터 그 내용을 자세히 알아보겠습니다.

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● 텔로머라제(Telomerase) 발현부위

우선 텔로머라제의 구성에 대해 설명드려야 논문 이해가 수월할 것 같은데요. 텔로머라제는 RNA와 catalytic subunit(쉽게 말하면 효소부위)로 이뤄져있습니다.

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텔로머라제를 이루는 RNA를 TERC라고 하며, 효소부위를 TERT라고 합니다. TERT는 Telomerase reverse transcriptase의 약자로, 텔로머라제 역전사효소를 뜻합니다. 텔로머라제 작용 기전에서 이 내용에 대해 자세히 다뤘으니, 맨 아래 링크에서 한 번 보시는 것을 추천드립니다. 

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텔로머라제는 세포가 분열할 때 마다 짧아지는 텔로미어 길이를 유지, 보완해주는 역할을 하는 효소입니다. 보통 세포는 분열할 때마다 염색체 말단이 짧아지는데, 세포 분열이 많이 진행되면 염색체 말단이 너무 짧아져 더 이상 분열하지 못하게 됩니다.

 

 

Hayflick limit ​

즉, 세포분열에는 분열횟수 한계라는 것이 존재한다는 것인데요. 이를 헤이플릭 한계(Hayflick Limit) 라고 합니다. 보통 헤이플릭 한계에 도달한 세포는 더 이상 분열하지 못하고, 이로 인해 노화가 시작됩니다. 그래서 염색체 길이가 짧아지는 것을 막는 텔로머라제가 노화를 방지하는 역할을 하는 것 입니다.

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하지만 텔로머라제는 일반 성인 체세포에서는 발현하지 않는다고 합니다. 그 대신, 많이 분열하는 세포, 예를 들면 소화관, 간, 피부 등에서는 많이 발현합니다. 이번 논문에서 다룬 해마와 후각망울에서도 텔로머라제의 발현이 매우 활발한데요. 

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그래서 이 논문은 텔로머라제가 이 부위에서 어떤 기능을 하지 않을까? 하는 궁금증으로 연구를 시작했다고 합니다. 

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● TERT와 TERC를 발현하는 뇌 부위

이 연구에서는 텔로머라제를 구성하는 TERT와 TERC를 각각 구분해 뇌의 어떤 부위에서 발현하는지 확인했습니다.

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​위 사진은 쥐의 Fetal 단계(태아기)에서의 Liver(간)과 Thymus(가슴샘)에서의 TERT와 TERC 발현을 나타낸 것인데요. 검은색으로 나타난 것이 발현을 의미합니다. Fetal단계에서는 두 개 모두 발현하는 것을 확인할 수 있습니다.

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위 사진은 성체가 된 쥐의 사진입니다. OB는 후각망울, DG는 해마, Cbll은 소뇌를 의미하는데요. 재밌는 것은 후각망울과 해마에서 TERT는 발현하는데, TERC는 발현하지 않는 것을 알 수 있습니다. 또 소뇌에서 TERT 발현이 가장 많다는 것도 확인할 수 있습니다.

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TERT는 발현하는데 TERC는 발현하지 않는다는 것은 많은 의미를 갖습니다. TERC는 뇌 보호 기능에 큰 역할을 하지 않고 주로 TERT가 보호 역할을 한다는 것인데요. 

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텔로머라제는 TERT와 TERC 둘 다 있어야 발현하는데, TERT만으로도 보호역할을 한다는 것은, TERT가 텔로미어 길이를 늘리는 텔로머라제 역할과 독립적으로 특정 역할을 한다는 것을 암시합니다.

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● TERT의 운동능력에 끼치는 영향

 

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소뇌에서 TERT발현이 가장 많다고 앞에서 언급했는데요. 우리의 운동기능을 담당하는 소뇌에서, TERT가 어떤 역할을 하는지 알기 위해 위 실험을 진행했습니다. 우선 TERT-/- 라고 표기된 것은 TERT를 발현하지 못하게 만든 쥐를 말하고, WT는 Wild-type이라고 해서 일반 쥐를 의미합니다.

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그래프를 보면, 쥐들이 peripheral(주변부)에 위치한 빈도와 central(중심부)에 위치한 빈도에 TERT가 영향을 끼치지 않는 것을 알 수 있습니다. 또한, 여기에 영향을 끼치는 것은 쥐들의 나이(Adult냐 Aged냐, 여기서는 aged가 더 나이가 많은 것입니다)인 것을 확인할 수 있습니다.

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즉, 소뇌의 운동기능에는 'TERT'보다는 '나이'가 더 영향을 끼치는 것을 알 수 있습니다.

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● 불안증세를 완화하는 TERT

 

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쥐들의 anxiety-like behavior(불안증세)를 판단하는 방법으로 보통 위의 사진과 같은 elevated plus maze 실험을 수행합니다. +모양으로 된 형태로, 한쪽 통로는 뚫려있고(open), 한쪽 통로는 사방이 막혀있는 형태(closed)인데요. 불안증세가 심할수록 사방이 막힌 통로에 쥐들이 위치한다고 합니다.

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해마에서 보통 이 불안증세를 완화하는 역할을 한다고 합니다. 즉, 이 실험은 불안증세를 통해 TERT가 해마 기능에 어떤 영향을 끼치는지 확인하는 실험인 것이죠.

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(c) 그래프를 보면, WT는 나이에 따라 큰 변동이 없는 것을 알 수 있지만, TERT-/- 쥐는 나이에 따라 큰 변동이 생기는 것을 확인할 수 있습니다.

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즉, TERT는 불안증세에 영향을 끼치는 것이죠. 물론, 나이와 TERT가 함께 영향을 끼치는 것입니다.

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● 후각 인지에 영향을 끼치는 TERT

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앞서 언급했듯이, 후각 인지는 후각망울에서 수행합니다. 즉, 냄새를 맡고 어떤 냄새인지 판별하는 실험은 후각망울 기능 실험이라고 판단하시면 됩니다. 

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이 실험은 배고픈 쥐들을 데리고 진행했다고 하는데요. (a) 그림과 같이 한 쪽에는 음식을 두고, 반대편에는 음식을 두지 않은 통로에 쥐를 넣었다고 합니다. 후각기능이 정상적인 쥐는 당연히 음식이 있는 A에 위치할 것이고, 문제가 생기는 쥐는 그렇지 않을텐데요.

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(c) 그래프를 보면 알 수 있듯이, 실험 결과 WT(정상 쥐)는 A 부근에 많이 위치해있고, TERT-/- 쥐도 물론 A부근에 가장 많지만, WT에 비해 D,E에 있는 비율이 많았습니다. 여기서는 나이가 쥐들이 있는 장소 분포에 영향을 끼치지 않았네요.

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즉, 후각망울의 기능에 TERT가 영향을 끼치는 것을 확인할 수 있는 것입니다.

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● 마무리

 

​이번 포스트에서는 TERT가 뇌 기능에 어떤 영향을 끼치는지 알아보았습니다. 정확히 말하면, 텔로머라제 발현이 높은 뇌 부위 중 해마와 후각망울 부위에서의 TERT 영향에 대해 배웠는데요. 

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TERT는 후각망울에도 영향을 끼치고 특히, 장애가 생기면 알츠하이머 치매를 유발하는 해마에도 영향을 주는 것을 알 수 있었습니다.

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이는 텔로머라제를 잘 활용하면 언젠가 알츠하이머 치매도 치료할 수 있다는 가능성을 보여줍니다. 앞으로 텔로머라제 관련 논문들을 꾸준히 포스트 할 것인데요. 블로그에 자주 들러 관련 논문 내용을 많이 알아가셨으면 좋겠습니다.

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글 마지막 부분에 관련 논문 보실 수 있게 링크 걸어두었으니 더 관심있으시면 한번 보시는 것을 추천드립니다. 

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※ 논문 출처

논문 제목 : Lee, J., Jo, Y. S., Sung, Y. H., Hwang, I. K., Kim, H., Kim, S.-Y., Yi, S. S., Choi, J.-S., Sun, W., Seong, J. K., & Lee, H.-W. (2009). Telomerase deficiency affects normal brain functions in mice. Neurochemical Research, 35(2), 211–218. https://doi.org/10.1007/s11064-009-0044-3 

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