의학의 발전과 함께 인류의 수명은 점점 증가하고 있지만, 수명의 연장이 곧 건강한 노화의 연장을 의미하는 것은 아니다. 수명의 양보다 수명의 질이 더욱 중요하며 따라서 건강한 노화를 유도하고자 하는 연구가 절실히 요구되고 있다.

IBS 식물노화·수명연구단은 오랫동안 식물의 노화와 생애주기 연구를 수행하면서 노화과정에서 이루어지는 삶의 질적 차원의 생리적 기능 변화 및 조절에 초점을 맞추어 왔으며, 이러한 연구 아이디어를 동물 노화연구에도 응용하여 노화과정에서의 건강성 변화와 삶의 질적 차원에서의 조절에 관한 연구를 수행하였다.

그러던 중 연구진이 예쁜꼬마선충의 노화에 따른 운동성 저하를 측정해 남은 건강수명을 예측하는 지표를 개발했다. 건강수명이란 일반적 수명, 즉 살아있는 기간이 아닌 신체적으로 건강하게 살아가는 기간을 의미한다.

예쁜꼬마선충은 1mm의 선형동물로 다세포 생물 중 최초로 유전체 해독이 완성된 생물이다. 세포수가 1,000여개로 적고 생애주기가 짧아 유전학에 중요 모델 실험동물이다. 연구진은 그간 식물의 생애주기를 연구한 노하우를 바탕으로 건강함에 대한 새로운 연구에 도전한 것이다.

연구진은 사람의 신체능력 측정에 쓰이는 기술인 SPPB(Short Physical Performance Battery) 테스트를 응용해 예쁜꼬마선충 운동성 변화를 측정했다. 이는 순간최고운동속도 감소를 이용해 노화에 따른 신체기능의 쇠퇴를 평가하는 방식이다. 특정 주기가 있는 예쁜꼬마선충의 움직임을 일정 온도와 습도 조건에서 CCD 카메라를 이용해 매 24시간마다 30초당 초당 30프레임의 속도로 촬영하고 가장 빠른 속도를 추출하는 기법을 적용했다.

연구진은 선충의 순간최고운동속도가 성체가 된 후 6일째부터 예외 없이 느려지는 것을 관찰하여, 순간최고운동속도가 노화에 따른 신체기능 저하의 지표가 될 수 있음을 확인했다. 특히 9일째 순간최고운동속도가 남은 수명을 예측할 수 있는 신뢰성 있는 지표가 될 수 있는 것으로 파악됐다. 9일째 순간최고운동속도가 빠른 그룹(초당 0.22 밀리미터 이상 이동)과 그보다 느린 그룹의 평균 수명이 각각 약 23일과 17일 가량으로 35% 가량 차이를 보였기 때문이다.

▲ 예쁜꼬마선충의 순간최고운동속도와 수명 관계도

선충의 순간최고운동속도는 노화가 진행되면서 일정 수치를 유지하다가 한 번 일정 수치 이하로 떨어지면 다시 회복하지 못했다. 마치 탄성을 잃어버린 용수철처럼 운동능력이 감소하는 것이다.

특히 순간최고운동속도는 평균이동속도나 인두 부분의 움직임 횟수 같은 기존 운동성 지표보다 수명과의 연관성이 더 높은 것으로 나타났다. 주변 환경의 영향을 배제할 수 있어 선충의 고유한 유전적 운동능력 평가에 더 적합하기 때문이라는 설명이다.

또한 연구진은 장수 조절 유전자인 인슐린 수용체(인슐린 수용체(DAF-2) 유전자의 기능이 수명 증가 뿐 아니라 운동능력 향상에도 기여함을 확인했다. 이는 인슐린 신호전달 체계의 조절이 건강한 수명 연장을 가능케 한다는 의미이다. 남홍길 단장(DGIST 뉴 바이올로지 전공 펠로 교수)은 “건강한 수명 연장을 가능케 하는 인슐린 신호전달 체계는 예쁜꼬마선충부터 인간에 이르기까지 진화적으로 잘 보존되어 있어 향후 사람의 건강한 노화를 위한 연구에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

▲ 인슐린 신호체계에 의한 건강수명의 조절 양상

더 나아가 운동능력의 저하는 근육세포 내 에너지 생성기관인 미토콘드리아의 형태 및 기능 유지와 밀접한 관계가 있음을 밝혔다. 제1저자인 함정훈 연구위원은 “본 연구결과는 노화에 따른 운동능력 저하를 조절해 건강한 노화를 유도할 수 있는 새로운 유전자를 발굴하고 노화 진행과정을 이해하는 연구에 핵심적 실마리를 제공할 것으로 예상된다”고 말했다.

▲ 예쁜꼬마선충의 운동능력 측정방법

이번 연구결과는 세계적 권위지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.47) 온라인 판에 게재되었으며 IBS 식물노화수명연구단(단장 남홍길) 연구팀과 미국 프리스턴 대학교 콜린 머피(Coleen T. Murphy) 박사를 비롯한 연구팀과 공동연구를 통해 일궈낸 성과이다.

대외협력실 고은경