국제 연구팀 “미토콘드리아·RNA 처리 유전자 영역서 장수 관련 특징 확인”
현재 194살로 세계에서 가장 나이가 많은 육상동물로 알려진 남대서양 세인트헬레나섬의 알다브라코끼리거북 ‘조너선'(Jonathan)은 어떻게 이렇게 장수할 수 있을까?
같은 종의 다른 개체들보다 2배 이상 오래 살고 있는 조너선은 유전체와 유전자
활동에 영향을 주는 DNA 메틸화 양상을 분석한 결과 장수와 관련된 것으로 보이는 다수의 유전적·후성유전학적 특징을 가지고 있는 것으로 나타났다.
미국 밴더빌트-잉그램 암센터 스티븐 클라크 박사가 이끄는 국제 연구팀은 8일 과학 저널 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에서 조너선의 유전체와 유전자 DNA 메틸화 양상을 분석, 미토콘드리아·RNA 처리 관련 유전자 영역에서 메틸화 무질서도를 낮게 유지하는 특징들을 발견했다며 이같이 밝혔다.
연구팀은 조너선의 유전자 메틸화 특징이 장수의 원인인지, 오랜 생존의 결과인지는 아직 알 수 없지만 이 연구는 장수의 비결이 특정 ‘장수 유전자’ 하나에만 있는 게 아니라, 유전정보를 안정적으로 읽고 세포 기능을 유지하는 여러 과정과 관련될 수 있음을 보여준다고 말했다.
조너선은 인도양 알다브라 환초가 원산지인 알다브라코끼리거북으로 현재 남대서양 세인트헬레나섬에 살고 있으며, 추정 나이 194살로 기대수명 상한선이 93.68살인 일반적인 알다브라코끼리거북보다 100년 이상 장수하고 있다.
연구팀은 조너선의 입안에서 유전체 시료를 채취해 유전자 염기서열뿐 아니라 유전자 활동에 영향을 주는 DNA의 화학적 표지인 메틸화가 유전체 전반에 나타나는 양상(메틸롬)을 분석, 다른 어린 개체들과 비교했다.
조너선의 혈액을 채취하는 것은 건강에 위험을 줄 수 있다는 이유로 금지돼 있어 먹이를 주는 것처럼 유인한 다음, 조너선이 입을 벌렸을 때 손을 넣어 혀 아래쪽 구강 점막을 긁어 시료를 채취했다.
조너선의 유전체를 다른 거북류의 유전체와 비교한 결과, DNA 복구, 텔로미어 유지, 인슐린 조절, 미토콘드리아 기능, 암 관련 경로 등 노화와 연관된 여러 영역에서 조너선 특유의 유전자 변이가 확인됐다.
또 DNA 메틸화 비교 분석에서 조너선은 어린 거북보다 유전체 전반의 메틸화 엔트로피가 높았지만, 유전자 전사가 시작되는 데 중요한 프로모터 영역의 메틸화 엔트로피는 일반적인 성체 거북보다 상대적으로 낮은 것으로 나타났다.
DNA 메틸화는 유전정보가 실제로 사용되는 방식, 즉 유전자 발현 조절에 관여한다. 시간이 흐르면서 메틸화 패턴에 무작위적 변화가 쌓이면 메틸화 엔트로피가 높아져 DNA 메틸화 패턴이 불규칙해지게 된다.
조너선과 5세·12세의 어린 거북 2마리에서는 메틸화 엔트로피가 낮지만 고령 성체 2마리에서는 상대적으로 높은 272개 유전자 프로모터를 선별해 기능을 분석한 결과, 미토콘드리아의 구성과 기능, RNA 처리, 염색체 구성 등과 관련된 유전자들이 포함된 것으로 나타났다.
연구팀은 이들 유전자의 메틸화 패턴이 비교적 질서 있게 유지되면 유전자 전사 과정에서 발생하는 불필요한 변동이 줄어들고, 에너지 생산과 RNA 처리, DNA 복구 기능도 안정적으로 유지될 수 있다고 설명했다.
이어 효율적인 에너지 생산은 DNA 손상 복구를 뒷받침하고, 복구 기능은 다시 유전자 조절 영역의 안정성을 유지하는 데 기여할 수 있다며 이런 과정이 서로 영향을 주는 순환 구조가 조너선의 장수에 기여할 가능성이 있다는 가설을 제시했다.
다만 이 연구는 조너선 한 마리와 다른 알다브라코끼리거북 4마리의 메틸화 양상을 비교한 것으로 표본이 적고 유전자 발현을 직접 측정해 메틸화 패턴과 기능의 관계를 확인하지 못했다며 더 많은 거북을 대상으로 이런 특징이 알다브라코끼리거북의 노화에 특이적인지 다른 장수 동물에도 나타나는지 확인해야 한다고 강조했다.
◆ 출처: Science Advances, Benjamin Vaisvil et al., “Epigenetic insights into extreme longevity in the world’s oldest terrestrial animal, Jonathan.”, www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw8887
