노화에 관여하는 텔로미어

텔로미어

텔로미어(telomere)는 진핵 생물의 염색체 말단에 있는 염색 소립으로 세포의 수명을 결정짓는 역할과 염색체 말단을 보호하는 역할을 합니다. 텔로미어는 세포의 시계 역할을 담당하는 DNA 조각으로 말단부의 DNA는 일정한 염기서열이 여러 번 반복되는 특수한 반복 서열과 다양한 단백질로 구성되어 있습니다.

 

텔로미어 말단은 3` 말단이 단일 가닥으로 되어있는데 이 부분은 t-loop(telomeric-loop)을 구성함으로써 안정된 구조를 형성하며 생체 내에서 완전한 복제를 가능하게 합니다. 여러 가지 진핵생물에서, 텔로미어의 필수 DNA 서열은 염색체 말단을 향해 5' → 3'으로 배열된 가닥에 G가 편재하는 G+C가 풍부한 6~8 염기쌍 서열의 직렬반복으로 이루어져 있습니다.

 

텔로미어의 길이는 생물의 종에 따라 크게 다릅니다. 인간의 경우 반복 단위의 서열은 GGGTTA이며 각 텔로미어에서 대략 1,000번 반복됩니다. 여러 종류의 텔로미어 구조를 분석한 결과, 텔로미어는 큰 이중 가닥 루프를 형성할 수 있음이 밝혀졌으며, 구조의 맨 끝에 있는 단일 가닥 영역은 반복서열의 다른 부분과 DNA 이중 가닥을 형성하기 위해 원래의 텔로미어 이중서열의 일부를 치환하여 루프를 형성합니다. 이 루프 구조는 특정 텔로미어 결합단백질에 의해 형성되고 안정화되며, 결국 염색체의 끝을 충분히 가리고 보호해 주게 됩니다.

 

텔로머레이스

텔로머레이스는 생체 내의 효소로 주요 구성 성분은 단백질과 RNA 분자입니다. RNA 염기서열은 텔로미어를 늘어나게 하는 데 있어서 주형으로 작용하기 때문에 텔로미어와 상보적인 염기 서열을 포함하고 있으며, 이러한 구조를 이용하여 텔로머레이스는 DNA 중합효소와 독자적으로 DNA의 염기서열 끝에 텔로미어 염기 서열을 덧붙여 연장할 수 있습니다.

 

손상된 텔로미어의 DNA를 복구할 때도 텔로머레이스 효소에 의해 이루어지는데, 텔로머레이스는 자체 RNA 템플릿을 가지고 있는 특화된 중합효소이기 때문에 텔로머레이스가 없는 세포에서는 세포 분열마다 텔로미어가 짧아지게 됩니다. 인간의 체세포를 제거하고 배양하면 텔로미어가 단축되며 텔로미어가 일정 길이보다 짧아지면 성장을 멈추게 되어 세포 노화라고 불리는 상태가 됩니다. 세포 노화는 세포 분열을 멈추게 되면서 텔로미어 결실에 의한 염색체의 불안정화가 일어나는 것을 저지하고, 발암 등으로부터 세포를 지키는 작용이 있다고 합니다.

 

텔로머레이스는 일반적으로 빠르게 성장하는 세포에서만 높은 수준으로 발현되므로, 텔로미어 및 텔로머레이스는 암 발생과 세포노화에 중요한 역할을 하게 됩니다. 골수 또는 피부와 같이 평생 보충되어야 하는 조직의 일부 줄기세포는 완전한 텔로머레이스 활성을 유지하기 때문에 노화에 관한 연구에 있어서 텔로미어를 빼놓을 수 없으나, 텔로머레이스의 활성화에 의해 정상 세포가 암으로 변하는 원인이 되어 개체 수명의 단축을 초래할 가능성이 있습니다.