과학자들, 조기 노화와 인지 기능 저하를 유발하는 새로운 유전병 발견

과학자들이 조기 노화와 뇌 기능 저하를 특징으로 하는 새로운 유전병을 규명했다. 연구팀은 게놈 시퀀싱과 세포 재프로그래밍을 결합하여 이 새로 발견된 질환을 앓는 환자들에게서 관찰된 증상을 유발하는 유전자 돌연변이를 확인하고 그 작용 기전을 연구했다.

연구자들은 이 질환이 IVNS1ABP 유전자의 돌연변이에서 비롯된다는 사실을 밝혀냈다. IVNS1ABP 유전자는 인플루엔자 바이러스 비구조 단백질-1 결합 단백질을 만드는 지침 코드를 담고 있다. 이 유전자와 단백질에 대한 연구는 상대적으로 적게 이루어졌으며, 지금까지 누구도 이들을 노화 생물학, 조기 노화 질환 또는 신경병증과 연결시킨 적이 없다.

이 유전자 돌연변이의 영향을 탐구하기 위해 과학자들은 영향을 받은 환자들로부터 피부 세포 샘플을 획득하고 이를 유도 만능 줄기세포로 재프로그래밍했다. 이 세포들은 줄기세포보다는 성숙하지만 아직 뉴런이나 다른 뇌 또는 신경 세포가 아닌 상태로 유도되었다. 현미경으로 관찰한 결과, 연구자들은 돌연변이를 가진 환자 유래 세포가 질환이 없는 형제자매로부터 재프로그래밍된 대조군에 비해 훨씬 느리게 성장한다는 사실을 발견했다.

이러한 느린 성장은 세포가 세포 노화라고 불리는 좀비 같은 상태에 진입했음을 시사했다. DNA 손상은 종종 세포가 노화 상태가 되는 원인이 된다. 연구팀이 유전적 손상의 표지자를 살펴보았을 때, 그들은 게놈 손상의 세 가지 다른 지표와 세포 노화와 관련된 세포 주기 억제 유전자인 CDKN2A의 발현 수준 증가를 발견했다.

후속 실험은 DNA 손상이 세포 분열 중에 발생하며, 이는 세포 사멸을 유발할 만큼 심각할 수 있음을 보여주었다. 돌연변이 유전자가 세포 분열과 직접적인 관련이 없는 것으로 알려져 있었기 때문에, 연구자들은 그들의 관찰이 여러 단백질 간의 상호작용 때문일 수 있다고 가정했다. 그들의 실험은 관련될 수 있는 14개의 잠재적 단백질 목록을 작성했다. 이 중 10개는 세포에 모양과 구조를 부여하는 구조적 구성 요소 중 하나인 액틴과 연결되어 있었다.

세포 분열 중에 액틴 필라멘트는 고정 구조를 형성해야 하며, 일반적으로 매우 둥글고 균일한 링 구조를 형성한다. 그러나 돌연변이 세포에서는 변형된 액틴이 수축되고 불규칙한 모양의 링을 형성하여 세포가 대칭적인 방식으로 분리되지 않고 손상을 입는다. 과학자들은 이 돌연변이가 세포가 이 액틴 고정 구조를 구축하는 역동적 과정을 정확히 조율하는 방식에 영향을 미친다고 의심했다.

연구팀은 돌연변이 세포가 변형된 액틴 역학을 가지고 있으며, 화학물질로 처리하여 액틴 구조를 안정화시키고 정상적인 세포 분열 비율을 개선할 수 있음을 입증했다. 연구자들은 이미 분자 과정의 일부 단계를 수정하면 적어도 세포 모델에서는 일부 결함을 해결할 수 있음을 보여주었다.