1997년, 잔 칼망은 122세 반의 나이로 세상을 떠났습니다. 현재까지 기록된 가장 오래 산 인간인 그녀는 이전에 최대 인간 수명으로 여겨졌던 것의 한계를 뛰어넘었습니다.
한편, 2023년에 기네스 세계 기록은 팻 생쥐를 9살 반이 조금 넘는 나이에 살아 있는 가장 나이 많은 생쥐로 인정했습니다.
수명에 관해서는 우리 포유류가 놀라운 범위를 가지고 있습니다. 보통 말똥가리는 2년 미만을 삽니다. 활머리고래는 최소 211년 동안 번성합니다. 왜 이런 차이가 날까요?
로스 앤젤레스 캘리포니아 대학의 스티브 호바스 (Steve Horvath) 박사와 동료들에 따르면, 그 중 일부는 후성 유전학(epigenetics)으로 귀결됩니다. 유전자를 켜거나 끄는 DNA에 부착된 화학 태그. 이러한 태그의 유형과 위치는 사춘기, 노화와 같은 주요 생활사건과 식이변화에 따라 바뀝니다.
DNA에 암호화된 유전자를 연구하는 유전학과 달리 후성유전학은 우리가 살아가면서 유전자 발현의 "지금 여기"를 더 잘 포착합니다. 이전에 Horvath와 다른 사람들은 후성 유전학을 활용하여 생일 케이크의 촛불 수가 아니라 사람의 생물학적 나이, 즉 신체가 생물학적으로 몇 살인지를 예측하는 "노화 시계"를 개발했습니다.
사이언스 어드밴스(Science Advances)에 실린 새로운 연구에서 호바스의 연구팀은 후성유전학적 시계를 확장해 삶을 변화시키는 세 가지 특성, 즉 임신 기간(다음 세대가 자궁에서 완전히 자라는 시간), 사춘기, 최대 수명을 예측했습니다.
"많은 사람들이 후성유전학적 메커니즘이 수명을 결정하는 역할을 한다고 제안했습니다"라고 연구팀은 논문에 썼습니다.
연구진은 포유류 메틸화 컨소시엄(Mammalian Methylation Consortium)의 데이터를 활용하여 348마리의 포유류에 걸쳐 15,000개 이상의 조직샘플에서 한 가지 유형의 후성유전학적 변형을 분석하고 종 전반에 걸친 세 가지 생활사 형질에 대한 여러 후성유전학적 예측 변수를 개발했습니다.
예측 변수는 신뢰할 수 있었습니다. 후성유전학적 표지의 변화와 관련된 생활방식 및 인구통계학적 요인(예: 체중, 인종, 생물학적 성별)에 대한 도전을 받았을 때, 그들은 정확성을 유지했습니다. 놀랍게도, 실험실에서 수명을 연장하기 위한 주목할 만한 방법들, 예를 들어 칼로리 제한조차도 시계의 측정에 거의 영향을 미치지 않았습니다.
후성유전학적 섬들
Horvath는 후성유전학적 시계에 대해 낯설지 않습니다.
2022년에 그의 팀은 생물학적 나이에 대한 "측정 테이프"를 개발하기 위해 수십 년에 걸쳐 13,000개 이상의 인체 조직샘플을 분석했습니다. 수십 년에 걸친 연구에 따르면 세포, 조직, 사람의 생물학적 나이는 지구에서의 나이와 반드시 일치하지는 않습니다. 후성유전체(epigenome)에 반영될 수 있습니다.
노화 시계의 핵심은 메틸화(methylation)라고 불리는 일종의 후성유전학적 변화, 더 구체적으로는 CpG 섬이라고 불리는 DNA 부분이었습니다. 후성유전학에서 화학 태그는 일반적으로 벨크로처럼 붙거나 뺍니다. 그러나 사춘기나 노화가 되면서, 일부 사람들은 유전자에 영구적으로 달라붙어 근본적으로 유전자를 차단해 버립니다.
다시 말해, 이러한 특정 유형의 후성유전학적 변화(CpG 섬의 메틸화)는 포유류 종의 발달, 노화 및 건강에 대한 풍부한 정보를 숨길 수 있습니다. Horvath와 공동 연구자들은 과학자들이 건강 수명(나이가 들어도 건강을 유지하는 기간)과 수명을 예측할 수 있도록 후성유전학적 노화 시계와 데이터에 더 쉽게 접근할 수 있도록 하는 비영리 단체인 Clock Foundation을 설립했습니다.
포유류 메틸화 컨소시엄(Mammalian Methylation Consortium)은 이 연구의 핵심 자원입니다. 국제적인 노력으로 348마리의 포유류에서 채취한 15,000개 이상의 표본을 수집하였는데, 여기에는 바다표범의 혈액, 양의 귀, 벌거숭이 두더지쥐 피부와 같은 이국적인 조직 표본이 포함되어 있습니다. 맞춤형 메틸화 어레이를 통해 이 협업은 약 36,000개의 고도로 보존된 CpG 섬을 캡처했습니다.
데이터를 분석한 이전 연구는 인간에 초점을 맞췄습니다. 새로운 연구는 종(species)을 가로지르는 조감도를 취했습니다.
생활사 예측
연구팀은 세 가지 주요 '생활사 특성', 즉 임신 기간, 성숙 연령, 최대 수명에 초점을 맞췄습니다. 분명히 말하자면, 수명 분석은 현재의 기록, 즉 모든 종에 대해 기록된 가장 오래 사는 예를 기반으로 하며, 잠재적인 수명 증가에 대한 이론적 예측보다는 더 오래 살아남은 사례에 기반합니다.
연구팀은 여러 알고리즘을 개발하여 여러 종의 광범위한 수명 기록을 포함하는 공개 데이터베이스인 AnAge와 예측을 일치시켰습니다. 최대 수명에 대한 예측자는 "anAge에 기록된 것과 밀접하게 일치했습니다"라고 연구팀은 썼습니다.
임신 시간은 측정하기가 더 쉽기 때문에 훨씬 더 정확했지만 알고리즘은 사춘기를 예측하는 데 어려움을 겪었습니다.
연구팀은 이 알고리즘을 가지고 5세 이전과 사춘기가 시작되기 전의 어린 동물의 데이터를 사용하여 별도의 수명 예측기를 구축했습니다. 놀랍게도, 그것은 또한 효과가 있었습니다. 수명이 20년 이상인 종의 경우, 메틸화 분석은 "놀라운 정확도"를 보였다고 연구팀은 썼습니다. 그것은 최대 수명이 나이에 관계없이 종의 DNA 샘플에 이미 각인되어 있음을 시사합니다.
전반적으로, 특정 종과 개체를 볼 때 "생활사 형질의 후성유전학적 지표"가 항상 나이와 상관관계가 있는 것은 아니라고 연구팀은 썼습니다.
준비, 안정
모든 후성유전학적 시계의 주요 기준은 신뢰성입니다. 최대 수명은 반드시 정해져 있는 것은 아니며 우리가 아직 완전히 이해하지 못하는 많은 요인의 영향을 받습니다. 체중, 인구 통계, 식단 및 호르몬은 이미 전체 수명을 연장하거나 단축시키는 것으로 입증되었습니다.
연구팀은 다음으로 후성유전학적 예측자를 후성유전체(epigenome)를 변화시키는 것으로 알려진 몇 가지 문제를 겪었습니다.
그 중 하나가 다이어트였습니다. 고지방 식단은 쥐의 수명을 줄이는 경향이 있습니다. 예측자는 "치즈와 버터" 식단을 먹은 쥐의 간 샘플을 일반 식단을 가진 동료와 비교하여 이 동물의 최대 수명을 낮췄습니다. 그러나 장수를 촉진하기 위해 널리 사용되는 중재인 칼로리 제한은 예측 변수의 결과를 바꾸지 않았습니다. 전반적으로, 예측 변수는 적어도 쥐의 수명에 영향을 미칠 수 있는 식이 변화에 대해 비교적 안정적인 것으로 보인다고 연구팀은 설명했다.
또 다른 테스트에서 연구팀은 예측기를 사용하여 총 4,500개 이상의 샘플로 구성된 두 가지 주요 인간 연구인 프레이밍햄 심장 연구(Framingham Heart Study)와 여성 건강 이니셔티브(Women's Health Initiative)의 혈액 샘플에서 최대 수명을 평가했습니다. 흡연, 인종, 체중, 신진대사 및 인지 기능은 최대 수명에 대한 후성유전학적 예측 인자에 영향을 미치지 않았습니다.
그렇다면, 무엇이 차이를 만들었을까요? 전반적으로 주요 요인은 생물학적 성별이었다. 인간을 포함한 18종의 분석 대상 포유류 종 중 17종에서 암컷은 수컷에 비해 수명을 약 1% 늘리는 메틸화 인자를 갖는 경향이 있었습니다.
우선, 이 결과는 생활 습관(먹고 마시는 것 등)이 적어도 이러한 후성유전학적 예측 변수를 사용하여 측정했을 때 최대 수명에 영향을 미치지 않을 수 있음을 시사합니다. 이는 논란의 여지가 있는 아이디어이며, 팀은 결론에 주의 사항을 추가합니다. 가장 중요한 것은 인간 샘플에 대한 메틸화 데이터가 다른 염기서열 분석 플랫폼을 사용하여 얻어졌기 때문에 분석이 지연될 수 있다는 것입니다. 연구팀은 "향후 연구에서는 컨소시엄이 사용한 것과 유사한 스크리닝 어레이를 사용하여 이러한 결과를 재검토해야 합니다"라고 설명했습니다.
이 도구는 또한 조직 샘플에 따라 다른 예측을 생성했으며, 혈액은 일반적으로 뇌나 신장보다 더 긴 수명을 예측했습니다. 이 연구는 알고리즘에 모든 샘플의 평균을 사용했습니다. 그러나 조직 특이적 차이의 원인을 찾으면 모든 포유류에서 나이가 들면서 메틸화가 어떻게 변하는지에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
연구팀은 "이번 연구 결과는 종의 최대 수명이 후성유전학적 특징과 밀접한 관련이 있음을 시사합니다"라고 밝혔습니다. 다음 단계로, 그들은 후성유전학적 수명을 바꿀 수 있는 개입을 찾기를 희망합니다.
이상의 기사는 2024년 6월 7일 SingularityHub에 게재된 “New ‘Aging Clock’ Predicts the Maximum Lifespan of 348 Mammals Including Humans”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : New 'Aging Clock' Predicts the Maximum Lifespan of 348 Mammals Including Humans (singularityhub.com)
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