미토콘드리아는 DNA를 우리 뇌 세포에 주입하고 있습니다.

고대 박테리아의 직계 후손인 미토콘드리아는 항상 약간은 생소한 존재였습니다.

이제 한 연구에 따르면 미토콘드리아는 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 이상할 수도 있다고 합니다.

연구에 따르면 우리 뇌 세포의 미토콘드리아는 자주 DNA를 핵으로 던지고, 그곳에서 DNA가 세포의 염색체에 합쳐집니다. 그리고 이러한 삽입은 해를 끼칠 수 있습니다. 연구에 참여한 약 1,200명의 참가자 중 뇌 세포에 미토콘드리아 DNA 삽입이 더 많은 사람은 삽입이 적은 사람보다 일찍 죽을 가능성이 더 높았습니다.

"우리는 미토콘드리아에서 인간 유전체로 DNA가 전이되는 일이 드물다고 생각했습니다." 미토콘드리아 심리생물학자이자 컬럼비아 대학교 Vagelos College of Physicians and Surgeons와 Robert N. Butler Columbia Aging Center의 행동 의학 조교수인 Martin Picard가 말했습니다. Picard는 University of Michigan의 Ryan Mills와 함께 연구를 이끌었습니다.

"사람의 일생 동안 여러 번 일어나는 것 같다는 건 정말 놀랍습니다." 피카르드가 덧붙여 말했다. "우리는 다양한 뇌 영역에서 이런 삽입을 많이 발견했지만, 혈액 세포에서는 발견하지 못했는데, 이는 혈액 DNA를 분석한 수십 개의 이전 연구에서 이 현상을 놓친 이유를 설명합니다."

미토콘드리아 DNA는 바이러스처럼 행동합니다

미토콘드리아는 우리 세포 안에 살고 있지만, 다른 세포소기관과 달리 미토콘드리아는 자체 DNA를 가지고 있습니다. 이는 약 30개의 유전자가 있는 작은 원형 가닥입니다. 미토콘드리아 DNA는 세포소기관의 선조인 약 15억 년 전에 우리 단세포 조상의 내부에 정착한 고대 박테리아의 잔재입니다.

지난 수십 년 동안 연구자들은 미토콘드리아 DNA가 가끔 세포소기관에서 튀어나와 인간 염색체로 들어간다는 사실을 발견했습니다.

밀스는 "미토콘드리아 DNA는 바이러스와 비슷하게 게놈의 절단 부위를 이용해 자기 자신을 붙여 넣거나, 인간 게놈을 돌아다니는 역전좌인자라고 알려진 점프 유전자처럼 행동한다"고 말합니다.

이러한 삽입은 핵-미토콘드리아 부분, 즉 NUMT(뉴마이트라고 발음)라고 불리며 수백만 년 동안 우리 염색체에 축적되어 왔습니다.

"결과적으로 우리 모두는 우리 조상에게서 물려받은 염색체에 수백 개의 흔적적이고 대부분 양성인 미토콘드리아 DNA 부분을 가지고 다니게 됩니다."라고 밀스는 말합니다.

미토콘드리아 DNA 삽입은 인간의 뇌에서 흔히 발생합니다.

불과 몇 년 간의 연구 결과에 따르면 "NUMTogenesis"는 오늘날에도 여전히 일어나고 있음이 드러났습니다.

"미토콘드리아 DNA 점프는 먼 과거에만 일어난 일이 아닙니다."라고 밀스 연구실의 연구 조사자인 웨이첸 저우와 함께 연구를 수행한 피카드 연구실의 포스트닥인 칼피타 카란은 말합니다. "드물지만, 새로운 NUMT가 인간 유전체에 통합되는 것은 약 4,000명의 출생 중 한 번입니다. 이것은 효모에서 인간에게 보존된 여러 방법 중 하나로, 미토콘드리아가 핵 유전자와 통신하는 방법입니다."

새로 유전된 NUMT가 계속 생성된다는 사실을 깨닫고, 피카르드와 밀스는 NUMT가 우리의 수명 동안 뇌 세포에서도 발생할 수 있을지 궁금해졌습니다.

"유전된 NUMT는 대부분 양성인데, 아마도 발달 초기에 발생하고 해로운 NUMT는 제거되기 때문일 것입니다." 저우가 말했습니다. 하지만 미토콘드리아 DNA가 유전자나 조절 영역에 삽입되면 그 사람의 건강이나 수명에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 뉴런은 NUMT로 인한 손상에 특히 취약할 수 있는데, 뉴런이 손상되면 뇌가 일반적으로 그 자리를 대체할 새로운 뇌 세포를 만들지 않기 때문입니다.

뇌에서 새로운 NUMT의 범위와 영향을 조사하기 위해, 연구팀은 컬럼비아의 Center for Translational and Computational Neuroimmunology에서 조교수로 근무하는 Hans Klein과 협력했습니다. 그는 ROSMAP 노화 연구(Rush University의 David Bennett이 주도)에 참여한 사람들의 DNA 서열에 접근할 수 있었습니다. 연구원들은 1,000명 이상의 노인으로부터 은행 조직 샘플을 사용하여 뇌의 여러 영역에서 NUMT를 찾았습니다.

연구진의 분석에 따르면, 핵 미토콘드리아 DNA 삽입은 인간의 뇌(대부분 전전두엽 피질)에서 발생하며, 사람의 수명 동안 여러 차례 반복되는 것으로 나타났습니다.

그들은 또한 전두엽 피질에 NUMT가 더 많은 사람들이 NUMT가 적은 사람들보다 일찍 사망한다는 것을 발견했습니다. "이것은 NUMT가 기능적 결과를 초래할 수 있으며 수명에 영향을 미칠 수 있다는 것을 처음으로 시사합니다."라고 피카르는 말합니다. "NUMT 축적은 노화, 기능적 쇠퇴 및 수명에 기여할 수 있는 게놈 불안정성 메커니즘 목록에 추가될 수 있습니다."

스트레스는 NUMT 생성을 가속화합니다

뇌에서 NUMT가 발생하는 원인은 무엇이며, 일부 영역에 다른 영역보다 더 많이 축적되는 이유는 무엇입니까?

몇 가지 단서를 얻기 위해 연구원들은 몇 달 동안 배양하고 접시에서 숙성시킬 수 있는 인간 피부 세포 집단을 살펴보았는데, 이를 통해 뛰어난 종단적 "수명" 연구가 가능해졌습니다.

이렇게 배양된 세포는 한 달에 여러 개의 NUMT를 점차적으로 축적했으며, 스트레스로 인해 세포의 미토콘드리아가 제대로 작동하지 않을 때 세포는 NUMT를 4~5배 더 빨리 축적했습니다.

"이것은 스트레스가 우리 세포의 생물학에 영향을 미칠 수 있는 새로운 방식을 보여줍니다."라고 카란은 말합니다. "스트레스는 미토콘드리아가 DNA 조각을 방출할 가능성을 높이고, 이 조각들은 핵 유전체를 '감염'시킬 수 있습니다." 저우가 덧붙입니다. 이것은 미토콘드리아가 에너지 생산을 넘어 우리의 건강을 형성하는 한 가지 방법일 뿐입니다.

"미토콘드리아는 세포 프로세서이자 강력한 신호 전달 플랫폼입니다." 피카르가 말했다. "우리는 미토콘드리아가 어떤 유전자를 켜고 끌지 제어할 수 있다는 것을 알고 있었습니다. 이제 우리는 미토콘드리아가 핵 DNA 서열 자체를 바꿀 수도 있다는 것을 알고 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240822142624.htm