안녕하세요! @aksen 입니다. 오늘은 생명과학 포스팅입니다.

다들 텔로미어에 대해 들어보셨나요? 노화랑 연관되있는 DNA 부분으로 활발히 연구중인 분야입니다. 좀더 자세히 알아보도록 할까요?

1. 텔로미어란?

텔로미어는 각 DNA의 말단에 존재하는 부분으로무의미한 서열이 반복되있습니다.
이 텔로미어는 세포가 분열를 거듭할 수록, 즉, DNA 복제를 거듭할 수록 길이가 점점 짧아집니다.

때문에 텔로미어의 길이를 통해 이 세포가 얼마나 많은 분열을 거처왔는가를 유추해낼 수 있습니다.
다른말로 말하면 이 세포를 지닌 개체의 노화가 얼마나 진행됬는지 알아낼 수 있다는 뜻이지요.

또한 아직 확실한 사실은 아니지만 텔로미어의 길이가 노화 정도를 결정한다는 연구 결과도 있다고 하네요.

그저 노화의 척도가 아닌, 노화의 원인으로까지 작용할 수 있는 텔로미어!
그렇다면 이 텔로미어는 왜 점점 짧아지는 것일까요?

2. 텔로미어의 소모

텔로미어는 도대체 왜 짧아지는 것일까요?
그 이유는 DNA 복제 기작과 진핵생물의 DNA 모양에 있습니다.

먼저 DNA 복제 기작을 간단하게 살펴보도록 하죠.

먼저 DNA 이중나선이 부분적으로 풀립니다. 이 풀린 부분이 마치 DNA에 기포가 생긴 것 처럼 보여서 복제기포 라고 부르는데요, 이 복제기포에 RNA 조각인 RNA 프라이머 가 DNA와 상보적으로 결합합니다.
여기서 RNA란 핵산의 일종으로 DNA와 비슷하지만 약간 다른 물질 입니다.

그 다음 DNA 중합효소가 RNA 프라이머를 기점으로 하여 한쪽방향 (5' -> 3') 으로 복제해나가기 시작합니다. RNA 프라이머를 기점으로 하여 중합을 시작하는 이유는 DNA 중합효소는 DNA 조각을 허공에 붙일 수 없고 이미 존재하는 DNA 나 RNA의 옆에 연속적으로 이어 붙일수만 있기 때문입니다.

이렇게 DNA중합을 어느정도 한 후에는 RNA 프라이머를 분해해버리고 그 자리를 DNA로 채워넣습니다. RNA는 DNA와는 다르기 때문에 핵 안에 보관하기 적합하지 않기 때문이죠. RNA 프라이머의 빈자리를 채워넣는일 역시 DNA 중합효소가 합니다.

그렇다면 DNA중합효소는 어떻게 RNA 프라이머의 빈자리를 DNA로 매꾸어 넣을 수 있을까요?
이미 합성해나갔던 DNA를 기점으로 해서 역방향으로 DNA를 중합해나가면 안되냐고요??
불가능합니다. 위에서 말했듯이 DNA중합효소는 한쪽방향으로밖에 중합을 할 수 없기 때문에 역방향으로 합성은 안됩니다.

그럼 원래 하던방향대로 그냥 중합하면 안되는건가요?? 라고 하실수도 있겠지만 그것또한 불가능합니다.
맨 처음에 DNA를 중합해 나가기 시작할 때 RNA프라이머를 기점으로 하여 중합을 시작했죠? 그 말은 즉슨 RNA프라이머의 반대쪽엔 아무것도 없기 때문에 그렇게 할 수 밖에 없었다는 것입니다.
따라서 RNA프라이머의 빈자리를 채워넣고자 해도, 기점으로 삼아 중합을 시작할 곳이 없기 때문에 불가능합니다.

이러한 문제는 진핵 생물에만 존재합니다. 원핵 생물은 이러 걱정을 할 필요가 없죠.

원핵생물은 DNA 이중나선이 원형으로 존재합니다. 따라서 RNA프라이머의 빈자리를 채우는데 아무 문제가 없죠. 그저 한바퀴를 돌면 되거든요.

그렇지만 진핵생물은 상황이 조금 다릅니다. 진핵생물의 DNA는 선형이거든요.

그럼 진핵생물은 이 문제를 어떻게 해결했을까요?
진핵생물은 복제기포를 여러개 만드는 방법을 통해 이 문제를 해결했답니다.

위 사진에서 Bubble 이라고 보이는 부분이 바로 복제기포입니다. 사진을 보면 알 수 있듯이 복제가 진행될 수록 복제 기포가 점점 커지다 결국 서로 합쳐지는 것을 볼 수 있죠.

원핵생물이 RNA프라이머의 빈자리를 한바퀴 돌아와서 채웠다면, 진핵생물은 DNA 복제가 진행됨에 따라 옆에 있는 복제기포의 DNA 중합효소가 점점 다가와서 RNA프라이머의 빈자리를 채워주게 되는거죠.

하지만 진핵생물의 이러한 방법에는 한가지 문제가 있습니다.
이런 방법으로 빈자리를 매꾸기 위해서는 옆쪽에 복제기포가 존재해야 하는데요, 위에서 말했다시피 진핵생물의 DNA는 선형이기 때문에 양 끝이 존재합니다. 때문에 양 끝에 존재하는 마지막 복제기포의 경우 RNA프라이머의 빈자리를 매꾸어줄 옆쪽에 복제기포가 존재하지 않죠. 결국 이 빈자리는 빈자리로서 남게 됩니다.

DNA 복제를 거듭할수록 이 빈자리는 점점 누적됩니다. DNA의 끝부분이 점점 없어지는 것이지요.

이것이 바로 텔로미어가 소모되는 이유입니다. 텔로미어의 존재 이유이기도 하지요.
만일 텔로미어가 없었다면 DNA복제를 거듭하다가 결국 DNA의 핵심서열이 없어지는 지경까지 이를 것입니다. 매우 치명적이겠죠.
따라서 생물은 DNA 말단에 의미없는 서열을 반복하는 텔로미어를 두어서 핵심서열의 손실을 막고자 진화해온 것입니다.

텔로미어가 노화에 영향을 끼친다는 사실을 제외한다면, 이는 개체의 생존에 있어서 완벽한 기작으로 보입니다.

하지만 이러한 방법이 생식을 통한 번식에 관점에서도 완벽한 기작일까요?

3. 텔로미어의 복구

개체 내의 모든 세포의 텔로미어가 복구되지 않는다면 어떻게 될까요? 생식세포의 텔로미어마저 복구되지 않는다면 말입니다.

개체의 생존에 있어서는 텔로미어의 길이가 충분할 것입니다. 하지만 이 개체가 생식에 참여해 자손을 만든다면 이 자손에게 조금 짧아진 텔로미어를 물려줄 것입니다. 생식세포의 텔로미어가 이미 어느정도 소모된 상태였기 때문이죠.
같은 방식으로 이 자손이 자라서 다음 세대를 낳는다면 그 자손은 더욱 짧은 텔로미어를 가지게 될 것입니다. 새대를 거듭하다보면 결국 핵심서열까지 손상을 입겠지요.

이러한 일을 방지하기 위해 생물은 생식세포의 텔로미어만큼은 복구할수 있는 복구 기작을 만들어 두었습니다.
바로 텔로머레이스 라는 효소를 통한 복구인데요, 이 과정은 이미지만 소개하고 이 글에서 따로 소개하지는 않도록 하겠습니다.

여튼 이 텔로머레이스가 생식세포 DNA의 텔로미어를 복구해줌으로서 자손에게 소모되지 않은 텔로미어를 전해줄 수 있게 된 것이죠.

현재 과학자들은 생식세포뿐만이 아니라 다른 모든 체세포에도 텔로머레이스 같은 효소를 적용시켜서 텔로미어를 복구할 수 있는 방법을 연구하고 있습니다.

텔로미어가 노화의 척도이고 심지어 노화의 직접적인 원인이 될 수도 있다고 했었죠?
만일 텔로미어가 정말로 노화의 원인이라면, 체세포의 텔로미어를 복구할 수 있는 방법을 찾아내기만 한다면 노화를 막을 수도 있게 됩니다. 더이상 불로장생이 꿈이 아닐수도 있다는 것이죠!!

어떤가요? 체세포 텔로미어의 복구가 성공해서 아무도 죽지않고 젊음을 유지하며 살아가는 사회.
상상이 되시나요?

저는 만일 이런 연구가 성공한다면 적어도 20년 안에 되었으면 좋겠네요.
이미 다 늙고나서 이 연구가 성공한다면 늙은 모습으로 살아가야 할테니까요. ㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

지금까지 텔로미어에 대하여 살펴보았는데요. 저는 이 글을 쓰면서 한가지 궁금한 점이 생겼습니다.
만약 DNA복제를 하기 위해서 DNA중합효소의 기점이 필요했다면 RNA프라이머 가 아니라,
DNA프라이머 가 사용되었다면, 힘들게 RNA프라이머를 때고 다시 DNA를 채워넣는 복잡한 일을 하지 않아도 되고, 텔로미어 같은 것도 필요 없었을텐데 왜 생물은 RNA프라이머를 사용하는 방향으로 진화를 한 것일까요??

이유를 알고계신 분이나 본인은 "왠지 이래서 그럴 것 같다!" 하시는 분은 댓글로 써주시길 바랍니다!!
유익한 글이 되시었길 바래요!!!!! 저는 다음 포스팅으로 찾아뵙도록 하겠습니다!

감사합니다

위 글의 모든 이미지는 구글 이미지에서 퍼온 사진입니다.