나이가 들면 근육이 약해지는 문제의 출발점이 ‘뇌’라는 연구 결과가 나왔다. 뇌의 운동 관련 신경계에 항노화를 유도했을 때 골격근량과 운동능력이 보존돼 근감소증 항노화 치료제 개발의 새로운 전략이 될 것으로 기대된다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 경북대학교 김상룡 교수, 이준영 교수, 남영표 박사, 김세환 박사와 한국뇌연구원 김재광 박사 연구팀이 흑질-선조체 도파민 신경계*의 기능 저하가 노화에 따른 근육량 감소의 근본적 원인 중 하나이며, 이와 관련된 신경시스템의 항노화 유도는 노화성 운동장애의 핵심인 근감소증을 억제할 수 있음을 규명했다고 밝혔다.

▲(왼쪽) 김 상룡 교수 남 영표 박사

*흑질-선조체 도파민 신경계: 중뇌에 위치한 뇌영역인 흑질에서 선조체로 도파민이 전달되는 신경 회로. 이런 작동이 근육 움직임을 조절해 운동 조절에 중요한 역할을 함.

노화로 인한 운동기능 저하와 근감소증은 노년기 삶의 질을 급격히 떨어뜨린다. 운동 조절의 핵심 뇌 회로인 흑질-선조체 도파민 신경계는 노화에 매우 민감하고 운동능력과 밀접하게 연관돼 있다는 사실이 잘 알려져 있지만 직접적인 연관성을 밝힌 연구는 없었다. 이를 실험적으로 규명하는 것에서 나아가 흑질-선조체 도파민 신경계의 항노화까지 유도할 수 있다면 고령층의 건강 수명을 늘리는 치료제 개발로 이어질 수 있다.

연구팀은 노화로 인한 운동능력 저하와 근감소증 문제를 해결하기 위한 새로운 전략으로 노화에 취약한 흑질-선조체 도파민 신경계의 항노화 유도에 주목했다.먼저, 노령 생쥐 모델의 흑질 내에서 항노화 인자 중 하나인 시르투인3(SIRT3)*의 발현이 노화에 따라 감소한다는 것을 확인했다.

도파민 신경세포 내에서 시트루인3의 발현을 증진시키는 유전자 전달 전략**을 사용했을 때, 미토콘드리아*** 기능이 활성화되고 노화 표지 단백질(p16INK4a)의 발현이 감소함을 규명했다. 이렇게 시트루인3 발현을 높인 생쥐 모델에 대한 운동기능 평가 결과, 운동기능 저하가 완화됐고 골격근량 유지 효과도 확인했다.

또한 골격근 조직 분석을 했을 때 해당 생쥐 모델에서 신경과 근육이 연결되는 부위인 신경근접합부 보호 효과도 입증했다.

*시르투인3(SIRT3): 포유류에서 발견되는 단백질 중 하나로 노화지연, 에너지 대사과정 조절 기능 등을 한다.

**유전자 전달 전략: 이 연구에서는 바이러스 기반 유전자 전달 방식(Adeno-associated virus, AAV)를 사용했다.

***미토콘드리아: 생물의 세포 속에 있는 중요한 세포 소기관으로, 이 연구의 핵심 인자인 시르투인3은 미토콘드리아 기능을 개선하는 역할을 한다.

 김상룡 교수는 이번 연구성과에 대해“나이가 들면서 누구에게나 나타나는 운동력 저하와 근감소증이 노화에 따른 뇌-운동신경계 기능 저하가 근본적 원인일 수 있음을 보여준다”며, “향후 신경계 보호 기반 맞춤형 항노화 치료제 개발로 이어질 수 있는 발판을 제공할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 및 글로벌 기초연구실 사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 생화학·분자생물학 연구 분야의 세계적 권위지인 신호전달 및 표적 치료(Signal Transduction and Targeted Therapy, IF=40.8) 5월호에 게재되었다.

(그림1) 도파민 신경세포 내 항노화 인자 발현 유도에 의한 흑질-선도체 도파민 신경계 보존 효과

(그림2) 흑질-선조체 도파민 신경계의 항노화에 의한 운동 기능 및 골격근 보존 효과