노화: 사람은 왜 늙는 걸까요 줄기세포 1편

 

세포와 분자 수준에서 노화는 무엇일까요? 성체 줄기세포와 연관 지어 노화를 이야기하고자 합니다. 어떻게 하면 건강하게 늙을 수 있을까요? Rober Singer Ph.D of UC San Diego님의 발표 내용을 정리한 것입니다. 노화 과정을 줄기세포 관점에서 3편으로 나누어 보았습니다.

노화(aging)

성체 줄기세포의 마술

 나이가 들면서 발생하는 다양한 유형의 질병을 예방하려면, 우리는 노화의 세포 및 분자 원인을 이해해야 합니다. 그중 한 가지 관심이 가는 것이 줄기세포입니다. 줄기세포는 여러 종류가 있습니다. 여기서 이야기하고자 하는 줄기세포는 성체 줄기세포(adult stem cell), 체세포 줄기세포 또는 조직 줄기세포라 불립니다.

이 줄기세포는 우리 모두의 몸 속, 다양한 조직에 존재하며, 일상적인 세포 갱신, 다양한 손상, 스트레스에 대응하여 조직을 재생시키는 마법과 같은 세포입니다. 사람에게는 많은 조직에 성체 줄기세포가 있습니다. 근육에 있는 성체 줄기세포는 근육을 보충하며, 뇌에 있는 성체 줄기세포는 뇌 세포를, 장에 있는 성체 줄기세포는 장의 상피를 대체합니다. 피부와 골수에 있는 성체 줄기세포는 우리의 모든 혈액과 면역 세포를 만들어냅니다. 다른 조직에 있는 성체 줄기세포는 해당 조직이나 장기 내 세포를 생산합니다.

성체 줄기세포가 특별한 이유는 두 가지 슈퍼파워가 있다는 것입니다. 첫째, 자가재생산 능력으로 스스로를 복제하여 더 많은 성체 줄기세포를 만들 수 있습니다. 둘째, 다계통 분화 능력(다분화능)으로 주어진 조직에 필요한 어떠한 세포 유형도 생산할 수 있습니다. 

세포 A, B로 분화 가능하다

 

성체 줄기세포의 장애

 조직 내에서 최상위에는 혈액형성 줄기세포(조혈 줄기세포)가 있습니다. 이 성체 줄기세포는 사람의 모든 혈액과 면역 세포를 평생 동안 재생합니다. 이 세포는 매우 드물어 골수의 모든 세포 중 약 0.007% 정도입니다. 즉, 백만 개 중에 약 70개 정도의 세포입니다. 이 세포들은 적혈구, 혈소판, B세포 및 T세포와 같은 다양한 유형의 혈액 세포로 자가재생산하며 분화합니다. 하지만 이들 줄기세포의 기능은 나이가 들면서 저하됩니다.

조혈 줄기세포의 분화

 

성체 줄기세포는 노화 중 주로 세 가지 방식으로 기능 장애를 겪습니다. 첫째, 자가재생산 능력 상실입니다. 이는 성숙한 세포 유형을 대체할 수 없게 되어 조직과 장기의 기능 저하로 이어집니다. 결국 성체 줄기세포 기능의 저하는 노화 과정에서 퇴행성 질환으로 이어질 수 있습니다. 

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자가재생산 능력 상실
성숙한 세포 유형을 대체할 수 없게 되어 조직과 장기의 기능 저하
퇴행성 질환 발전

둘째, 자가재생산 활동이 과도하게 이루어지거나 다른 유형의 세포가 그 활동을 장악하는 것입니다. 이런 상황이 발생하면 너무 많은 줄기세포가 생산되고 이것이 암으로 이어질 수 있습니다. 

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자가재생산 활동 과도
다른 유형의 세포가 활동 장악
줄기세포가 생산 과다

 

셋째, 다계통 분화가 왜곡가 될 수 있다는 것입니다. 보통 A와 B 유형의 세포를 생산하는 줄기세포가 A 유형의 세포 생산을 멈추고 B 유형의 세포를 더 많이 만들기 시작하면, 이는 조직 기능 장애로 이어집니다.

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다계통 분화 왜곡
A 유형의 세포 생산을 멈추고 B 유형의 세포를 더 많이 만들기 시작 조직기능 장애 발생

 

실제로 혈액계에서 이런 일이 생기면 어떤 일이 일어날까요? 사람의 모든 혈액과 면역 세포를 만드는 혈액형성 줄기세포는 때로 노화와 함께 자가재생산 활동이 사라지고 늙었을 때 골수부전을 일으킬 수 있습니다. 만약 자가재생산 활동이 과도하게 활성화되면 백혈병으로 진행될 수 있습니다. 노화가 진행됨에 따라 이 줄기세포의 분화 능력도 왜곡됩니다. 이 줄기세포들은 적응성 면역 세포인 림프 세포, 즉 B세포와 T세포를 더 적게 생산하기 시작하고, 이는 부분적으로 노인이 감염에 더 취약해지는 이유 중 하나입니다. 또한 적혈구와 혈소판의 생산을 중단하고 이는 빈혈이나 응고 장애로 이어질 수 있으며, 대신 염증을 유발하는 골수 세포를 더 많이 만들게 됩니다. 이는 노화가 진행되는 동안 다양한 조직에 걸쳐 만성 염증을 일으키고 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다. 2편에서 이러한 내용을 상세히 알아보고 노화와 어떤 관련이 있는지 접근하여 봅니다.

조혈 줄기세포와 관련된 다양한 질병