‘세포 내 배터리’ 노후화로 인한 오작동이 노화 촉진

미토콘드리아가 부실해진 자체 DNA 폐기하면 '염증성 노화' 촉진돼

 

세포 내 소기관으로 자체 DNA를 갖고 있으며 에너지 공급원인 미토큰드리아를 형상화한 그림.. ⓒ Kateryna Kon/Science Photo Library

 

 

세포의 에너지를 공급하는 세포 내 소기관인 미토콘드리아는 세포핵과 별도로 자체 DNA를 갖고 있다. 이 미토콘드리아DNA(mtDNA)가 외부의 세포질로 배출되면 낮은 수준의 만성 염증을 일으켜 노화가 촉진되는 ‘염증성 노화(inflammageing)’의 원인 중 하나가 된다.

 

2000년대 초부터 명명된 염증성 노화는 노화연구자들의 주목을 받고 있다. 단순히 노화의 부산물이 아니라 동맥경화 같은 심혈관 질환, 알츠하이머병 같은 퇴행성 신경질환, 제2형 당뇨병, 골다공증, 암과 같은 노인성 질환을 촉진하는 원인이 될 수 있다고 보기 때문이다.

 

그러면 '세포 내 배터리'라 할 미토콘드리아는 왜 자체 DNA를 배출해 염증성 노화를 촉진하는 걸까? 그 이유와 방법이 밝혀졌다. 노후화로 부실해진 mtDNA를 폐기하면 염증 효소가 활성화된다는 것. 24일(현지시간) 《네이처》에 발표된 독일과 스웨덴 연구진의 논문에 담긴 내용이다.

 

독일 쾰른에 잇는 막스플랑크 노화생물학연구소의 토마스 랭거 연구원이 이끄는 연구진은 신장염이 있는 늙은 생쥐의 미토콘드리아 속 mtDNA가 손상되거나 파괴되면 이를 세포질로 배출한다는 것을 발견했다. 특히 mtDNA 내 특정 핵산(뉴클레오티드)의 상대적 농도가 지나치게 높아지거나 낮아질 때 배출이 이뤄진다는 것.

 

특히 과잉 공급은 미토콘드리아에 스트레스를 가한다. 특정 약물로 인해 발생할 수도 있고, 노화세포에서도 발생할 수도 있어 보인다고 연구진은 설명했다. 그러나 이러한 뉴클레오티드 불균형이 정확히 어떻게 mtDNA 방출과 염증성 노화로 이어지는지는 불분명했다.

 

연구진은 이를 밝히기 위해 MGME1이라는 효소가 결핍되도록 유전자 조작된 생쥐를 활용했다. MGME1 결핍 생쥐들은 노화 과정에서 신장에 염증이 발생하는 특징이 있어 염증 연구에 많이 활용된다. MGME1은 미토콘드리아 게놈이 정확하게 복제되도록 해주지만 이 효소의 결손과 염증 사이의 연관성은 불분명했다.

 

MGME1이 결핍된 생쥐의 신장 세포에서 느슨한 mtDNA 조각이 검출된 반면 대조군에서는 발견되지 않았다고 연구진은 보고했다.  mtDNA의 이 느슨한 조각들은 노화 조직에서 염증 유발 요인으로 알려진 한 효소와 결합해 이를 활성화시켰다. 이는 MGME1 효소가 결핍됐을 때 자유롭게 떠다니는 mtDNA가 염증의 주요 유발인자임을 확인시켜 주는 연구결과였다.

 

그러나 미토콘드리아가 애초에 mtDNA를 폐기한 원인은 불분명했다. 연구진은 변형된 생쥐의 신장세포를 자세히 관찰한 결과, DNA(디옥시리보핵산)의 구성 블록인 디옥시리보뉴클레오티드의 수치가 상대적으로 낮다는 사실을 발견했다. 디옥시리보뉴클레오티드가 반복적으로 연결돼 DNA의 이중나선 구조가 형성된다.

 

디옥시리보뉴클레오티드의 부족은 mtDNA가 복제 과정에서 비정상적으로 많은 RNA 구성블록을 동원하게 했다. 이러한 잘못된 종류의 구성 요소가 과다해지면 DNA 복제에 문제가 발생하며, MGME1 결핍은 이 과정을 더욱 악화시킬 가능성이 있다고 랭거 연구원은 설명했다. 이는 미토콘드리아가 mtDNA를 세포질로 배출해 염증을 유발하는 이유도 설명해준다.

 

이번 연구 결과는 미토콘드리아에서 mtDNA 배출이 염증을 유발하는 이유에 대한 오랜 의문에 해답을 제공한다. 하지만 이 과정이 노화 과정에서 자연적으로 발생하는 정상적 생리과정인지, 아니면 특정 조건 하에서만 발생하는 특정한 생리과정인지 확실히 구별하기 위해서 더 많은 연구가 필요하다. 연구진은 mtDNA가 세포 노화와 염증을 어떻게 촉진하는지 더 깊은 이해를 위한 추가연구를 계획하고 있다고 밝혔다.

 

해당 논문은 다음 링크(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09541-7)에서 확인할 수 있다.