인간의 노화를 되돌릴 수 있을까…역노화 초기 원천 기술 개발

입력 2020.11.26 (18:43) 수정 2020.11.26 (18:43)

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카이스트 연구팀이 세포 노화 유발 핵심 인자인 PDK1의 억제가  피부노화를 되돌릴 수 있음을 3D skin model을 통하여 검증했다.카이스트 연구팀이 세포 노화 유발 핵심 인자인 PDK1의 억제가 피부노화를 되돌릴 수 있음을 3D skin model을 통하여 검증했다.

■인간의 노화를 되돌릴 수 있을까..? 역노화 초기 원천 기술 개발

국내 연구진이 노화된 세포를 젊은 세포로 되돌리는 역 노화 원천기술을 개발했습니다.

KAIST(총장 신성철) 바이오 뇌공학과 조광현 교수 연구팀은 시스템생물학 연구를 통해 노화된 인간의 진피 섬유아세포를 정상적인 젊은 세포로 되돌리는 역 노화의 초기 원천기술을 개발했다고 밝혔습니다.

조광현 교수팀의 이번 연구 결과는 ㈜아모레퍼시픽 기술연구원과의 산학 공동연구를 통해 최초로 개발된 노화 인공피부 모델에 이 기술을 적용해 입증했습니다.

조 교수팀은 이번 연구를 위해 인간 진피 섬유아세포의 세포 노화 신호전달 네트워크의 컴퓨터 모델을 개발한 후 시뮬레이션 분석을 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리는 데 필요한 핵심 인자를 찾아냈습니다. 이후 노화된 인공 피부 모델에서 핵심 인자를 조절함으로써 노화된 피부조직에서 감소된 콜라젠의 합성을 증가시키고 재생 능력을 회복시켜 젊은 피부조직의 특성을 보이게 하는 역 노화 기술을 개발했습니다.

■세포 노화 유발 핵심인자 PDK1을 억제하라.

현재 널리 연구되고 있는 '회춘 전략'은 이미 분화된 세포를 역분화시키는 4개의 `OSKM(Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc) 야마나카 전사인자'를 일시적으로 발현시켜 후성유전학적 리모델링(epigenetic remodeling)을 일으킴으로써 노화된 세포를 젊은 상태로 되돌리는 부분적 역분화(partial reprogramming) 전략입니다.

이 기술은 노화된 세포가 젊은 세포로 되돌아갈 수 있다는 것을 증명했지만, 종양의 형성과 암의 진행을 유발하는 부작용이 생긴다는 게 연구진의 설명입니다. 따라서 이와 같은 부작용을 배제할 수 있는 정교한 제어 전략이 과학 난제로 남아있었는데, 조 교수팀은 이러한 난제 해결을 위해 시스템생물학 연구 방법을 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있는 핵심 조절인자를 오래전부터 탐구하기 시작했습니다. 4년에 걸친 연구 끝에 단백질 합성, 세포의 성장 등을 조절하는 mTOR와 면역 물질 사이토카인의 생성에 관여하는 NF-kB를 동시에 제어하고 있는 상위 조절 인자인 `PDK1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1)'을 찾아냈습니다.

연구팀은 PDK1을 억제함으로써 노화된 인간 진피 섬유아세포를 다시 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있음을 분자 세포실험 및 노화 인공 피부 모델 실험을 통해 입증했습니다. 연구를 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포에서 PDK1을 억제했을 때 세포 노화 표지 인자들이 사라지고 주변 환경에 적절하게 반응하는 정상 세포로서 기능을 회복하는 현상을 확인했습니다.

■피부 재생, 노인성 질환 발생 억제 연구에 도움 기대

이번 연구를 활용하면 피부 노화 현상을 막고 각종 노인성 질환을 사전 억제할 수 있는 치료제를 개발할 단서를 찾을 수 있을 것으로 기대됩니다.

조 교수팀이 연구 과정에서 찾아낸 표적 단백질의 활성을 억제할 수 있는 저분자화합물과 관련된 신약개발과 그리고 전임상실험을 통해 노화된 세포의 정상 세포화라는 연구 결과는 새로운 노인성 질환의 치료 기술과 회춘 기술에 관한 연구를 본 궤도에 올려놓은 초석을 다진 획기적인 연구로 평가받고 있습니다.

실제 ㈜아모레퍼시픽 기술연구원은 이번 연구 결과를 바탕으로 동백추출물에서 PDK1 억제 성분을 추출해 노화된 피부의 주름을 개선하는 화장품을 개발하고 있습니다.

조광현 교수는 "그동안 비가역적 생명현상이라고 인식돼왔던 노화를 가역화할 가능성을 보여줬다ˮ라며 "이번 연구는 노화를 가역적 생명현상으로 인식하고 이에 적극적으로 대처해 건강 수명을 연장하는 한편 노인성 질환을 예방할 수 있는 새로운 시대의 서막을 열었다ˮ라고 의미를 부여했습니다.

이번 연구 결과는 국제저명학술지인 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 게재됐습니다. (논문명 : Inhibition of 3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1 (PDK1) can revert cellular senescence in human dermal fibroblasts)

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  • 인간의 노화를 되돌릴 수 있을까…역노화 초기 원천 기술 개발
    • 입력 2020-11-26 18:43:11
    • 수정2020-11-26 18:43:37
    취재K
카이스트 연구팀이 세포 노화 유발 핵심 인자인 PDK1의 억제가  피부노화를 되돌릴 수 있음을 3D skin model을 통하여 검증했다.
■인간의 노화를 되돌릴 수 있을까..? 역노화 초기 원천 기술 개발

국내 연구진이 노화된 세포를 젊은 세포로 되돌리는 역 노화 원천기술을 개발했습니다.

KAIST(총장 신성철) 바이오 뇌공학과 조광현 교수 연구팀은 시스템생물학 연구를 통해 노화된 인간의 진피 섬유아세포를 정상적인 젊은 세포로 되돌리는 역 노화의 초기 원천기술을 개발했다고 밝혔습니다.

조광현 교수팀의 이번 연구 결과는 ㈜아모레퍼시픽 기술연구원과의 산학 공동연구를 통해 최초로 개발된 노화 인공피부 모델에 이 기술을 적용해 입증했습니다.

조 교수팀은 이번 연구를 위해 인간 진피 섬유아세포의 세포 노화 신호전달 네트워크의 컴퓨터 모델을 개발한 후 시뮬레이션 분석을 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리는 데 필요한 핵심 인자를 찾아냈습니다. 이후 노화된 인공 피부 모델에서 핵심 인자를 조절함으로써 노화된 피부조직에서 감소된 콜라젠의 합성을 증가시키고 재생 능력을 회복시켜 젊은 피부조직의 특성을 보이게 하는 역 노화 기술을 개발했습니다.

■세포 노화 유발 핵심인자 PDK1을 억제하라.

현재 널리 연구되고 있는 '회춘 전략'은 이미 분화된 세포를 역분화시키는 4개의 `OSKM(Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc) 야마나카 전사인자'를 일시적으로 발현시켜 후성유전학적 리모델링(epigenetic remodeling)을 일으킴으로써 노화된 세포를 젊은 상태로 되돌리는 부분적 역분화(partial reprogramming) 전략입니다.

이 기술은 노화된 세포가 젊은 세포로 되돌아갈 수 있다는 것을 증명했지만, 종양의 형성과 암의 진행을 유발하는 부작용이 생긴다는 게 연구진의 설명입니다. 따라서 이와 같은 부작용을 배제할 수 있는 정교한 제어 전략이 과학 난제로 남아있었는데, 조 교수팀은 이러한 난제 해결을 위해 시스템생물학 연구 방법을 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포를 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있는 핵심 조절인자를 오래전부터 탐구하기 시작했습니다. 4년에 걸친 연구 끝에 단백질 합성, 세포의 성장 등을 조절하는 mTOR와 면역 물질 사이토카인의 생성에 관여하는 NF-kB를 동시에 제어하고 있는 상위 조절 인자인 `PDK1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1)'을 찾아냈습니다.

연구팀은 PDK1을 억제함으로써 노화된 인간 진피 섬유아세포를 다시 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있음을 분자 세포실험 및 노화 인공 피부 모델 실험을 통해 입증했습니다. 연구를 통해 노화된 인간 진피 섬유아세포에서 PDK1을 억제했을 때 세포 노화 표지 인자들이 사라지고 주변 환경에 적절하게 반응하는 정상 세포로서 기능을 회복하는 현상을 확인했습니다.

■피부 재생, 노인성 질환 발생 억제 연구에 도움 기대

이번 연구를 활용하면 피부 노화 현상을 막고 각종 노인성 질환을 사전 억제할 수 있는 치료제를 개발할 단서를 찾을 수 있을 것으로 기대됩니다.

조 교수팀이 연구 과정에서 찾아낸 표적 단백질의 활성을 억제할 수 있는 저분자화합물과 관련된 신약개발과 그리고 전임상실험을 통해 노화된 세포의 정상 세포화라는 연구 결과는 새로운 노인성 질환의 치료 기술과 회춘 기술에 관한 연구를 본 궤도에 올려놓은 초석을 다진 획기적인 연구로 평가받고 있습니다.

실제 ㈜아모레퍼시픽 기술연구원은 이번 연구 결과를 바탕으로 동백추출물에서 PDK1 억제 성분을 추출해 노화된 피부의 주름을 개선하는 화장품을 개발하고 있습니다.

조광현 교수는 "그동안 비가역적 생명현상이라고 인식돼왔던 노화를 가역화할 가능성을 보여줬다ˮ라며 "이번 연구는 노화를 가역적 생명현상으로 인식하고 이에 적극적으로 대처해 건강 수명을 연장하는 한편 노인성 질환을 예방할 수 있는 새로운 시대의 서막을 열었다ˮ라고 의미를 부여했습니다.

이번 연구 결과는 국제저명학술지인 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 게재됐습니다. (논문명 : Inhibition of 3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1 (PDK1) can revert cellular senescence in human dermal fibroblasts)

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