'음악 지도'는 일부 뇌 세포가 더 빨리 노화됨을 보여줍니다.

캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스의 엔지니어들은 일부 뇌세포가 다른 뇌세포보다 더 빨리 노화하며, 알츠하이머병 환자에게 이러한 세포가 불균형적으로 많다는 사실을 발견했습니다. 연구진은 또한 성별에 따라 특정 뇌세포의 노화 과정에 차이가 있다는 것을 관찰했습니다. 여성의 대뇌 피질은 남성의 대뇌 피질보다 "노화된" 올리고덴드로사이트의 비율이 "노화된" 뉴런의 비율보다 더 높습니다.

이러한 발견은 MUSIC(단일 세포 내 핵산 상호작용 매핑)이라는 새로운 기술 덕분에 가능해졌습니다. 이 기술을 통해 연구자들은 개별 뇌 세포 내부를 들여다보고 DNA의 촘촘한 나선 형태인 크로마틴과 RNA 간의 상호작용을 매핑할 수 있습니다. 이 기술을 통해 개별 세포 수준에서 이러한 상호작용을 시각화하고 유전자 발현에 미치는 영향을 연구할 수 있습니다.

캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스 제이콥스 공과대학의 슈 치엔-건 라이 생체공학과 교수이자 이번 연구의 수석 저자인 성 종은 "음악은 알츠하이머병의 복잡한 측면에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있는 강력한 도구입니다."라고 말했습니다.

"이 기술은 알츠하이머병 병리의 근본 원리를 밝히는 새로운 분자 메커니즘을 밝혀낼 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 이를 통해 더욱 표적화된 치료 개입과 환자 치료 결과 개선의 길을 열 수 있습니다."

인간의 뇌는 복잡한 방식으로 소통하고 상호작용하는 세포들로 구성된 복잡한 네트워크를 포함하고 있습니다. 각 세포 내에서 크로마틴과 RNA를 포함한 유전적 구성 요소들은 역동적으로 상호작용하여 중요한 세포 기능을 결정합니다. 뇌세포가 성장하고 노화됨에 따라 크로마틴과 RNA 간의 이러한 상호작용은 변화합니다. 이러한 복합체는 세포마다, 특히 성숙한 세포에서 매우 다양하게 나타날 수 있습니다. 그러나 이러한 상호작용의 복잡성을 밝히는 것은 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 MUSIC이라는 기술이 등장했습니다. 이 기술은 개별 뇌세포의 내부 작용을 들여다볼 수 있는 창을 제공합니다. 종 박사 연구팀은 MUSIC을 이용하여 59세 이상 기증자 14명(일부는 알츠하이머병 환자, 일부는 알츠하이머병 환자)의 사후 뇌 샘플, 특히 인간 전두엽 피질 조직을 분석했습니다.

그들은 다양한 유형의 뇌세포가 크로마틴과 RNA 사이의 상호작용에서 서로 다른 패턴을 보인다는 것을 발견했습니다. 흥미롭게도, 짧은 크로마틴 상호작용이 적은 세포일수록 노화와 알츠하이머병의 징후를 보이는 경향이 있었습니다.

"이 혁신적인 기술을 사용하여 개별 세포를 분석한 결과, 일부 뇌세포가 다른 세포보다 나이가 많다는 사실을 발견했습니다."라고 종 박사는 말했습니다. 그는 알츠하이머병 환자들이 건강한 사람들보다 이러한 노화된 뇌세포를 더 많이 가지고 있다고 설명했습니다.

연구자들은 이번 발견이 알츠하이머병에 대한 새로운 치료법을 개발하는 데 도움이 될 수 있다고 믿고 있습니다.

"이러한 오래된 세포에서 조절되지 않는 유전자를 식별하고 국소 크로마틴 구조에서 그 기능을 이해할 수 있다면 새로운 잠재적 치료 표적을 찾을 수도 있을 것입니다."라고 Zhong 연구실의 생물정보학 박사과정생이자 이 연구의 주저자인 Xingzhao Wen이 말했습니다.

이 연구는 뇌세포의 노화 방식에 성별 차이가 있음을 발견했습니다. 연구진은 여성의 대뇌 피질에서 노화된 뉴런 대비 노화된 희소돌기아교세포의 비율이 더 높은 것을 발견했습니다. 희소돌기아교세포는 뉴런 주변에 보호막을 형성하는 뇌세포의 일종입니다. 정상적인 뇌 기능 유지에 중요한 역할을 하는 만큼, 노화된 희소돌기아교세포의 증가는 인지 기능 저하를 악화시킬 수 있습니다.

웬 박사는 "여성의 대뇌 피질에서 노화된 과아교세포가 불균형적으로 많이 존재한다는 사실은 여성에게서 관찰되는 신경퇴행성 질환 및 정신 질환의 위험 증가에 대한 새로운 시각을 제시할 수 있다"고 말했다.

연구진의 다음 단계는 MUSIC을 더욱 최적화하여 특정 뇌 세포의 노화를 촉진하는 조절 유전자와 유전자 회로와 같은 요인을 식별하는 것입니다.

종 박사는 "이후 우리는 이러한 유전자나 회로의 활동을 억제하는 전략을 개발해 뇌의 노화를 늦추고자 합니다."라고 말했습니다.

해당 연구의 결과는 Nature 저널 에 게재된 논문에 자세히 설명되어 있습니다.