인간의 뇌 세포가 DNA를 복구하는 방식은 노화와 신경 질환의 열쇠를 가리킨다

게시자: Pham Anh Tuan 박사 – Vinmec 줄기 세포 및 유전자 기술 연구소

신경 세포는 DNA를 재생하는 능력이 없기 때문에 끊임없이 게놈의 손상을 복구해야 합니다. 이제 Salk-Israel Institute 과학자들의 새로운 연구에 따르면 이러한 수리는 무작위가 아니라 특정 유전적 “핫스팟”을 보호하는 데 중점을 두고 있으며 신경 인식 및 기능에 중요한 역할을 합니다.

2021년 4월 2일 사이언스(Science)에 발표된 이번 연구 결과는 노화와 신경 퇴행과 관련된 유전적 구성에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 다음과 같은 질병에 대한 잠재적인 새로운 치료법의 개발을 지적합니다. 알츠하이머, 파킨슨병 및 장애 백치 기타 연령 관련.

솔크 연구소 소장인 러스티 게이지 교수는 “이 연구는 뉴런이 복구할 때 우선순위를 두는 게놈 부분이 있다는 것을 처음으로 보여줬다”고 말했다. 신경계의 많은 노화 관련 질병과 치료법으로 DNA 복구를 탐색할 가능성이 있습니다.

다른 세포와 달리 신경 세포는 일반적으로 시간이 지남에 따라 스스로 교체되지 않으므로 인체에서 가장 오래 생존하는 세포 중 하나입니다. 수명을 유지하려면 수십 년 동안 기능을 유지하기 위해 나이가 들어감에 따라 DNA의 손상을 복구하는 것이 훨씬 더 중요합니다. 사람들이 나이가 들면 뉴런의 유전적 복구 능력도 감소하는데, 이는 사람들이 신경퇴행성 질환 알츠하이머병 및 파킨슨병과 같은 연령 관련 질병.

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뉴런 세포
뉴런 세포(제공: © rost9 / stock.adobe.com)

뉴런이 게놈 건강을 유지하는 방법을 알아내기 위해 연구자들은 repair-seq라는 새로운 기술을 개발했습니다. 연구팀은 신경 세포를 줄기 세포 그리고 그들에게 합성 뉴클레오사이드(DNA의 구성 요소 역할을 하는 분자)를 먹입니다. 이러한 인공 뉴클레오사이드는 DNA 시퀀싱 및 영상화를 통해 찾을 수 있으며, 뉴런이 정상적인 세포 과정에 의해 손상된 DNA를 복구하기 위해 이를 사용하는 위치를 보여줍니다. 과학자들은 어느 정도 선호도가 있을 것으로 예상했지만 게놈의 특정 부분을 보호하는 데 신경이 집중되어 있다는 사실에 놀랐습니다.

“연구원들이 발견한 것은 매우 날카롭고 잘 정의된 수리 영역이었습니다. 자세히 보면 해당 영역이 배경 수준보다 훨씬 높았습니다.” “이 ‘핫스팟’에 위치한 단백질은 신경퇴행성 질환과 관련이 있으며 이러한 부위는 노화와도 관련이 있습니다.”

저자들은 뉴런 게놈의 약 2%를 덮는 약 65,000개의 반점을 발견했습니다. 그런 다음 그들은 이 부위에서 어떤 단백질이 발견되었는지 탐지하기 위해 proteomics 접근 방식을 사용하여 splicing과 관련된 많은 단백질(단백질의 최종 생산에 관여함)을 지적했습니다. 이러한 부위 중 많은 부분은 세포가 DNA로 처리될 때 매우 안정적인 것으로 보입니다. -손상 물질 및 가장 안정적인 DNA 복구 부위는 라디칼 결합 부위와 밀접한 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다. “메틸화”는 신경 연령을 예측하는 데 사용됩니다.

이전 연구는 유전적으로 손상된 DNA 조각을 식별하는 데 중점을 두었지만 연구자들이 게놈이 심하게 복구되는 부분을 조사한 것은 이번이 처음입니다.

과학자들은 손상을 찾는 것에서 수리 메커니즘을 찾는 것으로 모델을 뒤집었고, 이것이 그들이 이러한 핵심 패턴을 찾을 수 있었던 이유입니다. 이것은 우리가 신경계의 세포를 이해하는 방식을 바꿀 수 있는 진정으로 새로운 생물학적 사실이며, 더 많이 이해할수록 이러한 질병에 대한 치료법을 더 많이 개발할 수 있는 방법을 찾을 수 있습니다.

연령 관련 신경퇴행성 질환 연구자들은 “게놈의 어느 영역이 취약한지를 이해하는 것은 매우 흥미로운 주제입니다. Repair-seq는 특히 노화 및 질병과 관련하여 게놈 무결성을 연구하고 탐구하는 강력한 도구가 될 것입니다.”라고 덧붙였습니다.

저널 참조:

Dylan A. Reid, Patrick J. Reed, Johannes CM Schlachetzki, Ioana I. Nitulescu, Grace Chou, Enoch C. Tsui, Jeffrey R. Jones, Sahaana Chandran, Ake T. Lu, Claire A. McClain, Jean H. Ooi, Tzu-Wen Wang, Addison J. Lana, Sara B. Linker, Anthony S. Ricciardulli, Shong Lau, Simon T. Schafer, Steve Horvath, Jesse R. Dixon, Nasun Hah, Christopher K. Glass, Fred H. Gage. 뉴클레오사이드 유사체의 통합은 유사분열 후 인간 뉴런의 게놈 복구 부위를 매핑합니다.. 과학, 2021년; 372 (6537): 91 DOI: 10.1126/science.abb9032