텔로미어 연장

목차

서문

노화는 우아하지 않다, 끔찍하다

노화 이론들

텔로미어

벽돌 쌓기 모델

텔로머레이스

줄다리기

텔레머레이스 유도 전략들

텔로머레이스는 가장 짧은 텔로미어를 우선적으로 연장한다

실타래 모델Ball of Yarn Model

다시 한 번 줄다리기

의사들이 환자들에게 알려줘야 하는 것

텔로머레이스는 암을 유발하지 않는다

결론

서문

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나는 영원히 살 계획이다.

이것은 필자가 3년전 저술한 책의 첫 번째 문장이었다. 지금도 그 계획은 변함이 없다. 지난 3년간 그 계획이 실현될 수 있는 가능성이 더욱 높아졌다. 노화 치료에 관한 과학이 놀라운 속도로 발전하고 있으며, 그 최전선에 있다는 것은 상당히 짜릿한 일이다.

그렇다면 저자는 과연 왜 두 번째 책을 쓰고 있는 걸까? 과학이나 기술이 급속도로 발전할 때마다, 그 주변에는 잘못된 정보가 수없이 많이 발생한다. 그 중 일부는 잘못된 정보이기는 하나 건전한 비판을 토대로 한 긍정적인 의미에서의 정보이고, 또 다른 일부는 이상적인 허구인데, 그런 호구는 수 차례 반복되어 허구로 느껴지지 않을 정도이다. 가장 최악의 경우는 그러한 정보에 대한 기득권을 가진 이들이 퍼뜨리는 의도적인 공포, 불확실성 및 의심이다. 

그래서 정확한 기록을 남겨야만 한다. 왜냐하면 궁극적으로 노화 방지를 빠른 시일 내에 실현할 수 있는 것은 대중의 태도이기 때문이다. 과학은 분명하고 간단하다. 분명 신체 노화를 막을 수 있을 것이며, 신체적으로 최고의 상태를 유지하며 건강하게 장수할 수 있다. 또한 지금과 상당히 비슷한 기술적 수준에서 분명 그러한 것들이 가능할 것이다. 

우리는 치료를 원한다면 그러한 치료법을 개발할 수 있다. 실현되기에는 너무나 비현실적인 것일지도 모른다는 두려움이나 불신 때문에 시도도 하지 않는다면, 향후 수 세대에 걸쳐서 그러한 치료법이 나올 수 없을 것이고, 그러한 치료법이 나온다면 방지 할 수 있었을 노화와 기력 쇠퇴로 인해 수십 억 명의 인구가 죽어 가게 될 것이다.

기술을 발전시키는 것은 공공 에너지이다. 과학은 에너지 즉, 프로토타입prototype에 대한 투자, 채택 장려, 새로운 사고 및 생활 방식에 대한 관심과 관련한 지원이 없이는 기술로 전환될 수 없다. 그러한 에너지가 없다면, 궁극적으로 우리가 무언가 위대한 일을 할 수 있을 때 실질적으로 이행할 수 있는 능력은 잠재력으로만 있을 것이다. 

수십 년간 채택 받지 못하고 등한시되었던 기술 사례들이 상당히 많다. 그 한 가지 사례가 1800년대 초반 최초로 발명된 에어컨이다. 에어컨의 발명에 가장 뛰어난 기여를 했던 인물 중 하나인 존 고리John Gorrie 박사는 1851년 현재 우리가 사용하는 에어컨과 매우 유사한 전구체에 대해 연구해 “고급 인공 얼음 생산 프로세스”와 관련된 특허를 받았다. 

하지만 이러한 기술적 발전에 반대하는 엄청난 세력이 있었다. 바로 당시 아이스 박스에 사용하기 위해 북극에 선박을 보내 상당한 양의 얼음 덩어리를 잘라 남쪽에 보내는 대기업이 바로 그들이었다. 거기에는 엄청난 돈이 달려 있었다. 그로 인해 고리 박사는 언론에서 무차별적으로 조롱을 받았고, 의회의 반대에 부딪혔다. 결국 그는 빈곤에 허덕이다 사망하고 말았다. 에어컨과 관련하여 상상에서 비롯된 위험들에 대한 루머 특히, 에어컨이 공기 중에 박테리아를 발산한다는 루머가 퍼졌다. 에어컨과 관련된 아이디어를 지지하거나 투자를 한 사람들은 모두 고리 박사와 같은 운명에 처할 것 같았다. 결국, 수십 년간 아무도 그 아이디어에 손을 대지 않게 되었다. 

그리고 거의 한 세기가 지나서야 에어컨은 현실이 되었다. 당시 제2차 세계대전 중이었던 미 해군이 군사용으로 얼음을 제조할 선박이 필요하게 되면서 에어컨을 사용하기 시작하였고, 곧 대중들에게 상용화되었고, 전 세계적으로 급속히 보급되었다. 

연구에 따르면, 에어컨 기술을 통해 매년 전 세계적으로 수만 명이 목숨을 건진다고 한다. 온도가 화씨(섭씨 32도)가 넘어가면 매우 위험하고 치명적일 수 있다. 특히 노인들의 경우에는 더욱 그러하다. 그러나 이러한 에어컨 기술을 사용하기 위해 필요한 공공 에너지의 부족과 반대론자들의 비난 때문에, 한 세기 동안 매년 수만 명이 일사병과 열사병으로 목숨을 잃었다. 아마도 그 중 백만 명은 잘못된 정보와 조롱 때문에 목숨을 잃었을 것이다. 

간단히 말하자면, 그러한 이유들 때문에 필자가 연구실에서 벗어나 이렇게 자리 잡고 앉아서 이 책을 저술하고 있는 것이다. 필자는 항상 “최고의 상품이 가장 많은 비난을 받는다.”고 말한다. 주로 해당 제품의 경쟁사를 대신해서 비난을 퍼부었던 사람들은 그렇게 엄청난 사망을 유발한 데 대한 비난을 받을 수 있다. 매년 열사병으로 죽은 사람들의 수에 비해 노화로 죽은 사람들의 수는 가히 천문학적인 수준이다. 지금 바로 무언가 하지 않는다면, 여러분도 그 중 하나가 될 것이다. 

그런 일이 벌어지지 않도록 노화 치료와 관련된 잘못된 개념을 바로잡고 관련 기술을 실현하기 위해 노력해보자.

노화는
우아하지 않다,
끔찍하다

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많은 사람들이 누구나 우아하게 늙을 수 있다고 주장한다. 그러나 그렇지 않다. 노화는 인간에게 일어나는 최악의 사건이다. 모든 신체 시스템의 기능이 급속도로 약화된다. 피부에는 주름이 지고 흰머리가 나거나 머리가 빠지기도 한다. 내장은 수축되어 제대로 기능하지 못한다. 뼈에는 구멍이 뚫린다. 시력과 청력도 쇠퇴하기 시작한다. 에너지도 급격히 줄어들고 근육도 수축된다. 정신 즉, 기억과 정체성의 핵심이라고 할 수 있는 성격도 쇠퇴하게 된다. 이렇듯 모든 기능이 천천히 쇠퇴되면서 죽음에 이르게 된다. 어떻게 해도 미화할 수가 없다. 노화란 끔찍한 것이다. 

우리는 노화로 인해 고통을 겪는 사람을 흔히 볼 수 없기 때문에 그 고통의 정도에 대해서 생각하지 못하곤 한다. 정말 고통을 겪는 사람들은 호스피스 병동, 요양원 및 요양 센터에 있기 때문에 대중의 눈에는 잘 띄지 않는다. 필자는 개인적으로 그런 기관에서 지내는 사람들을 많이 방문했다. 그들은 그야말로 끔찍한 시간을 보내고 있었다. 이처럼 더 이상 스스로 일상생활을 할 수가 없어서 요양원이나 호스피스 병동에서 살고 있는 사람들이 수백만 명에 이른다. 어느 한 시점 미국만 하더라도 거의 1백만 명의 사람들이 직접 옷을 입거나 목욕을 하거나 음식을 먹는 것조차 불가능해서 기본적인 일상생활과 관련된 도움을 받고 있다. 그들은 세계와 단절된 상태에서 매우 우울해하며 그저 죽기만을 기다리고 있다. 

우리는 그러한 노년도 침착한 태도로 받아들이기 위해 노력해왔다. 그러나, 노화는 모두가 어김없이 겪게 되는 질병이다. 그만큼 우리의 목숨을 앗아갈 수 있는 것은 없다. 그래서 우리는 노화에 대처할 수 있는 전략들을 세웠다. 우리는 노년기에 지혜를 얻을 수 방법에 대해 얘기한다. 손자들과 함께 즐거운 시간을 보낼 수도 있다. 수십 년간의 경험도 갖추게 된다. 과거에 달성해 왔던 모든 것들을 만족스럽게 회상할 수도 있다. 은퇴하고 쉬면서 그간 쌓은 것들을 누릴 수 있다. 

이러한 모든 일들이 가능하지만 실상 그들은 노화에 의한 것이 아니라, 그간 살아오면서 구축하고 학습한 것들 즉, 경험과 이룬 것들에 의한 것이다. 노화는 태어나서 지금까지 살아온 시간의 길이가 아니다. 노화는 인생의 마지막 순간까지 신체가 쇠퇴하는 과정이다. 노화로 인해 죽어 가고 있지 않은 90세의 인물들을 상상해 보자. 그들 역시 노화로 인해 병원 침대에 누워 사랑하는 이들에게 재정적인 부담을 주고 있는 이웃 노인과 마찬가지로 살면서 많은 것을 이루었고, 지혜를 터득했을 것이다.

노화는 개인적 문제가 아니라 사회적 문제이며, 점점 더 악화될 것이다. 베이비붐 세대들은 인류 역사상 최대 규모의 세대 중 하나이며 현재 우리는 소위 ‘실버 쓰나미’라고 하는 시기에 접어들고 있다. 약 2030년쯤이면 세계 인구의 30%가 65세 이상이 될 것이고, 2050년에는 그 수치가 40%로 증가할 것이다. 65세 이상인 인구가 기하급수적으로 늘어나면서 특별한 관리를 필요로 하는 사람들도 많아질 것이다. 그러나 65세 이상 인구 대비 노동 인력은 단 한 명일 것으로 보인다. 즉, 노인들을 돌볼 수 있는 인력이 부족할 수 밖에 없다!

그렇다면 과연 ‘어떻게 노인들을 돌볼 것인가?’ 또한 ‘정부는 노인들을 돌보기 위해 지출되는 의료비를 어떻게 충당할 것인가?’ 모든 제도와 관련된 아이디어에 대한 이상적인 해결책은 노화를 방지하는 것이다. 즉, 모두가 젊음과 건강을 유지하고 스스로를 관리하면서 노동 인구로 참여할 수 있도록 하는 것이다. 과학 분야에서는 많인 이들이 생각하는 것보다 훨씬 더 빠른 시일 내에 노화를 치료할 수 있는 방법을 개발할 수 있을 듯하다.

노화는 자연적인 과정이기 때문에 노화 ‘치료’라는 말은 이치에 맞지 않는다고 주장하는 사람들도 있다. 물론 노화는 자연적인 과정이지만, 암과 비슷하다. 아무도 암이 질병이라는 사실에는 반박하지는 않는다. 골다공증을 비롯하여 죽상동맥경화증, 백내장, 당뇨, 고혈압, 알츠하이머병 모두 매우 자연스러운 과정이다. 

우리는 이들 모두를 ‘질병’이라고 하며 그 치료를 위해 애쓰고 있다. 그러나 노화라는 질병의 경우, 그 개별적인 증상들을 ‘질병’이라고 하면서 없애기 위해서 적극적으로 노력하면서도, 근본적인 질병인 노화 자체를 ‘자연스러운 과정’으로 받아들이면서 천천히 고통스럽고도 굴욕적인 죽음을 맞이한다. 

필자로서는 정말 이해할 수가 없는 현상이다. 노화의 증상들을 치료하기 위해 소모하는 에너지의 일부분을 인생 말년에 겪게 되는 체계적인 쇠퇴의 근본적인 원인을 다루기 위해 할애해야 한다. 전 세계적으로 이러한 쇠퇴를 ‘노화’라고 하지만, 필자는 그것을 “텔로미어(말단소체) 단축병 Short Telomere Disease”이라고 해야 한다고 생각한다. 이후 부분에서 다루겠지만, 노화 치료는 전적으로 텔로미어(말단소체)와 관련이 있다.

요즘 여러분은 텔로미어에 대해서 들어본 적이 있을 것이다 텔로미어는 체내 모든 염색체 말단에 존재하는 반복 DNA 구역이다. 이들은 1938년에 최초로 발견되었지만, 그 임상적 중요성은 1990년대 후반이 되어서야 밝혀지게 되었다. 당시 제론 사에서 근무했던 우리 팀은 세포 노화 및 암과 관련된 텔로미어의 역할에 대해 결정적인 증명을 할 수가 있었다. 

지난 10년간 필자는 본인의 회사인 씨에라 연구소Sierra Sciences에서 텔로미어 연장에 대한 연구를 해 왔다. 그외 시간에는 저서 집필, 연설 및 인터뷰를 하기도 하고 전 세계를 돌아다니며 간단하면서도 매우 중요한 메시지를 전달하기 위해 노력해 왔다. 노화는 장수의 우아한 종지부도, 삶의 불가피한 부분도 아니다. 노화는 모든 세포의 쇠퇴를 유발하는 결함이며, 충분한 의지와 관심만 있다면 분명 치료할 수 있는 질병이다.

노화 이론들

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뉴스를 챙겨 보는 사람이라면 분명 과학자들이 이미 노화를 정복했다는 이야기를 들어본 적이 있을 것이다. 그들은  쥐의 노화를 예방했고, 초파리의 수명을 연장했으며 레드와인에서 젊음을 되돌려 줄 수 있는 화합물을 분리해 냈다. 

그러나 과학 보도와 관련해서 매체는 지나치게 앞서가는 경향이 있는 것 같다. 앞서 언급한 연구들 모두가 한 발 앞선 선도적인 주요 발표 자료를 토대로 하기는 했지만 실제로 노화를 치료하지는 못했다. 외모도 20대, 본인이 체감하는 나이도 20대인 80대 노인을 만날 수 있다면, 그때야말로 노화를 치료할 수 있게 된 것이다. 

현재 제공되는 ‘노화방지’ 보조제들 대부분은 사실 에너지 수준을 높여 주는 성분들로 구성되었을 뿐이다. 왜냐하면 사람들은 에너지가 많을수록 더 젊다고 느끼기 때문이다. 그러나 에너지 수준이 증가한다 해서 노화가 치료되는 것은 아니다. 단지 노화가 유발하는 증상들에 대한 겉핥기 식의 대처일 뿐이다. 이제는 더욱 발전해야 할 필요가 있다. 

또한 지구상의 모든 동물이 동일한 기제에 의해 노화하지는 않는다는 것을 알아야 한다(이에 대해서는 이 책의 후반부에서 더욱 자세히 다룰 예정이다). 인간은 쥐가 아니다! 또한 지렁이, 초파리, 효모균을 비롯해서 노화 연구에 사용되는 일반적인 유기체들과는 본질적으로 다르다. 인간은 다른 동물들과는 다른 기제로 노화한다. 그래서, 누군가 다른 동물들의 노화 치료법을 발견했다면 그게 사실이라 할지라도 반드시 인간에게 유익하지는 않을 수 있다. 그러나 과학은 분명 쥐, 지렁이 및 초파리의 수명과 건강을 연장하는 데 대단히 일조했다. 

노화에 대처하기 위해서는 노화를 이해해야 한다. 유감스럽게도 50년 전 노화의 개념이 지금까지도 널리 수용되고 있다. 그것은 우리가 들판에 서 있는 오래된 트럭과 같은 방식으로 노화한다는 즉, 우리가 바람, 태양, 비에 노출되어 있고 그로 인해 녹슬고 분해된다는 것이다. 

그러나 필자는 심지어 고등학교 시절에도 그런 설명이 전혀 납득이 가지 않았다. 환경 때문에 노화한다면 도대체 왜 상당히 다른 환경의 사람들이 같은 속도로 노화할까? 극 지방, 적도, 화창한 샌디에이고의 바닷가, 추운 시베리아의 내륙 등 어디에 살든 노화에 있어서 환경이 대단히 중요한 것 같지는 않다. 인간 수명은 거의 비슷하고 수년이 지나면 그만큼 노화가 된 것을 알 수 있다.

과연 이 ‘들판의 트럭’ 이론이 동물들의 노화 속도가 다르다는 사실을 어떻게 설명할 수 있을까? 반려견은 인간 가족들과 완전히 똑같은 환경에서 살지만 인간의 수명이 반려견의 7배에 달한다. 따라서 본 저서에서는 환경만 다루지는 않을 것이다.

우리의 신체가 장수하기 위해 환경적인 피해를 피하려면, 항상 온도가 21도로 유지되는 방에서 소파에 앉아 있거나 부상을 피하기 위해 TV를 보거나 소화 문제를 피하기 위해 싱거운 가공 식품을 섭취하는 것이 가장 건강한 라이프스타일일 것이다. 하지만 사실 우리는 이것이 건강하지 못한 라이프스타일, 그래서 극적으로 수명을 연장하기는커녕 단축하기만 하는 라이프스타일을 쉽게 관찰할 수 있다. 

우리는 무언가 더해야 한다. 필자는 무엇보다 우리의 몸에 나이와 남은 여생, 그로 인한 건강 쇠퇴를 알려주는 일종의 시계가 있다고 생각한다. 

필자가 박사학위를 취득하고 처음 생명공학 분야에 진출했을 때, 과학자들은 사실 노화의 시계라고 할 수 있는 무언가를 발견하지 못했다. 그래서 필자는 암 연구, 심장질환 연구 및 염증 연구에 주력했다. 그러나 이제 그 시계를 찾았다. 제론 사의 우리 팀도 역시 그러한 발견에 일부 기여했다. 당시 필자는 인간 텔로머레이스 발견을 유도한 연구를 통해 미국 올해의 발명가상 2위를 수상했다. 더불어 그 뒤로도 더 많은 발견을 할 수 있었다. 

노화의 측면에서 인간과 들판에 서 있는 오래된 트럭의 가장 큰 차이는 인간은 재생이 가능하다는 것이다. 햇빛에 타서 피부 세포가 죽으면 다른 세포들이 분열하면서 죽은 세포를 대신한다. 모세포가 분열되면서 딸세포가 생성된다. 1961년까지 딸세포는 모든 면에서 모세포와 동일하다고 여겨졌다. 세포 배양을 통한 수많은 실험을 통해 세포는 상당히 일관되게 즉, 선형으로 성장한다는 것이 파악되었다. 심지어 로그 스케일을 보더라도 적합한 영양분과 환경을 제공받는 한, 세포는 일관되게 성장한다. 영원히 지속되는 세포 배양은 없다. 궁극적으로 분열을 멈추고 특정 지점이 되면 안정세를 유지한다. 하지만 과학자들은 그 원인이 세포에 영양을 공급하는 매체의 영양 불균형이나 세포 배양 과정의 기타 결함이라고 생각했다. 

1961년 레너드 헤이플릭Leonard Hayflick은 그러한 진부한 지식들을 한 귀로 흘려 들었다. 그는 10세 아동의 세포는 약 90번 분열 후 안정되었으나, 80세 노인의 세포는 단 20번만 분열할 뒤 안정되었음을 증명할 수 있었다. 분명 무언가 있었다. 세포는 그들의 나이를 알고 있었고 그것이 세포에 영양을 공급하는 매체와는 아무런 관련이 없었다. 이러한 세포 분열의 한계는 그의 이름을 따서 헤이플릭 분열한계Hayflick Limit라고 불리게 되었다. 

따라서 분명 ‘그 원인이 무엇인가? 어떻게 10세의 세포가 몇 번 분열했는지, 몇 번 더 분열이 가능한지를 알 수 있었는가? 어떻게 90세의 세포가 이제 몇 번 밖에 분열할 수 없다는 것을 알 수 있었는가?’ 라는 질문을 할 수 있다. 마치 우리가 수태되었을 때 우리의 세포는 놀이동산의 놀이기구 티켓을 받고 한 장씩 뜯어가면서 세포분열이라는 ‘놀이기구’를 타는 것과 같다.

그림1-1 놀이동산에 비유: 티켓은 세포 분열이라는 ‘놀이기구의 티켓’과 같다.

세포는 티켓이 얼마나 많이 남았는지 ‘기억’ 할 수 있다. 티켓을 다 써 버렸는데 다시 그 놀이기구를 타고 싶다면 정말 운이 없는 것이다. 

‘놀이기구’가 환경적 부상을 치료하고 감염 후 면역 체계를 재생하고 세포조직의 일반적인 유지보수를 위한 세포 분열이라면, 그것은 정말 심각한 문제이다. 그것은 질병이다. 

1970년대 후반 필자는 박사학위 취득 후 미래를 계획할 때, 세포가 헤이플릭 분열한계 에 도달하도록 하는 놀이기구 티켓이 무엇인지 찾고 싶다는 의사를 밝히면서 노화 연구에 관심이 있는 수많은 연구소에 지원했다. 그러나, 실상 필자를 인터뷰를 한 모든 연구소들은 노화에 대한 관심이 없었다. 그들은 대개 말도 안 되는 아이디어에 주력하고자 했다. 잠시 낙담을 했던 필자는 생명공학계로 진출하여 암, 심장질환 및 감염과 관련된 연구를 했다. 누군가 그 놀이기구 티켓을 조명할 수 있는 무언가를 발견하는 위대한 혁신이 도래하기를 기다리고 있었다. 

1992년 드디어 그러한 혁신이 도래했다! 필자는 캘빈 할리 Calvin Harley라는 과학자가 세포가 분열되는 동안 염색체의 말단인 텔로미어를 단축하는 것에 대해 얘기하는 것을 들었다. 바로 그것이었다! 텔로미어는 필자가 그간 지켜본 ‘놀이기구 티켓’ 현상에 대한 최초의 합리적인 해명이었다. 이후 수십 년에 걸쳐 그 설명은 인간 노화의 그림(전체가 아닌)의 분명한 한 부분이라는 것이 밝혀졌다. 

즉, 놀이기구 티켓을 발견한 것이다. 바로 염색체의 말단에서 말이다.

그림1-2 텔로미어: 각 염색체의 말단에서 뉴클레오티드가 반복적으로 배열되는 구역

그들은 ‘텔로미어’라는 반복 DNA 구역이다. 이제 우리는 놀이기구 티켓 한 묶음과 같이 텔로미어의 길이가 노화와 함께 줄어들고 텔로미어의 길이가 줄어들면서 건강이 쇠퇴한다는 것을 알게 되었다. 지속적인 세포분열을 위해서는, 염색체들에 더 많은 놀이기구를 제공하는 방법을 찾아야 한다.

이제 우리는 이 세포들에 텔로머레이스를 추가하여 텔로미어를 연장하면 헤이플릭 분열한계  도달하지 않는다는 것을 알고 있다. 이것은 가설은 아니라 반복적인 관찰을 통해 파악한 사실이다. 제론 사의 연구실에서 최초로 세포에 텔로머레이스를 추가했을 때, 세포는 무한정 분열되는 능력을 얻게 되었다. 이후 전 세계 다수 연구실에서 같은 실험을 반복했다. 

실제로 그간 개발된 방법 중에 이를 실현시킬 수 있는 방법은 단 하나, 바로 유전자 치료뿐이다. 유전자 치료 분야에서 그 개념을 지지하는 실험들이 상당히 많이 진행되었다. 그 범위는 세포 배양의 헤이플릭 분열한계까지 확대되었다. 그러한 실험에서는 인간 세포 직의 및 쥐의 노화도 역전시켰다. 

제론 사에서 최초로 인간 세포 직의 노화를 역전시켰다. 과학자들은 쥐의 등에 인간 세포를 이식했다. 몇몇 쥐들에게는 노인의 세포에서 자란 피부를, 다른 쥐들에게는 젊은이의 세포에서 자란 피부를 이식했다. 그 다음으로 각 그룹의 일부 쥐들에게는 텔로머레이스 처치를 했고 일부에게는 하지 않았다. 

그들은 텔로머레이스 처치를 받은 인간 피부는 육안으로 파악해도 매우 젊어 보인다는 것을 파악했다. 늙은 세포에서 자란 피부는 늙은 피부가 가지는 특징을 모두 가지고 있었다. 주름과 노인 반점들을 비롯하여 그와 비슷한 잡티가 있었다. 과학자들이 텔로미어를 연장하자, 이 잡티가 모두 사라졌다. 단지 화장품으로 인해 일시적으로 개선된 것은 아니었다. 피부는 실제로 젊은 피부가 되었고, 그 활동 역시 젊어졌다. 또한 늙은 피부는 젊은 피부에 비해 훨씬 더 쉽게 물집이 잡히지만, 텔로머레이스 처치를 한 늙은 피부를 테스트할 때, 아무 처치도 하지 않은 젊은 피부와 비슷하게 물집이 잡히는 것을 관찰했다. 

제론 사는 또한 텔로머레이스 처치를 한 늙은 피부의 유전자 발현을 자세히 살펴본 결과, 검토 대상이었던 30개의 유전적 생체지표Biomarker의 발현이 젊은 세포와 거의 동일한 수준으로 회복된 것을 발견했다. 따라서 텔로머레이스를 처치한 늙은 피부는 세 가지 측면에서 젊은 피부와 구분할 수 없게 되었다. 시각적으로도 똑같아 보였고 활동 방식 및 유전자 발현의 측면에서도 똑같았다. 즉, 늙은 피부는 전반적으로 다시 젊어졌다. 

아마도 개념을 지지하는 실험들 중에서 가장 흥미로운 실험은 쥐들의 노화를 역전시킨 실험일것이다. 우리 연구소에서는 쥐 실험을 하지 않고, 세포생물학, 분자생물학 및 유전학에 중점을 둔다. 또한, 앞서 말한 것처럼 쥐들은 인간과 동일한 기제로 노화하지 않는다. 하지만 하버드 의과대학의 론 데피노Ron DePinho 박사 팀이 텔로머레이스를 발현하지 않음으로써 텔로미어가 단축되며 노화하도록 유전적으로 설계된 쥐들을 만들어냈다. 그는 이 쥐들이 특정한 호르몬을 먹이에 추가할 때 텔로머레이스를 발현하도록 만들었다.

데피노DePinho 박사는 이 쥐들을 수 세대에 걸쳐 기르면서 인간 텔로미어 길이를 단축했고 그 과정에서 흰머리, 노쇠, 관절염, 불임, 내장 위축 등 인간 노화의 전형적인 특징을 다수 관찰했다. 이후 그 쥐들의 먹이에 텔로머레이스 유도 물질을 추가했고 모든 측정 방식에서 노화가 역전되는 것을 발견했다. 쥐들의 텔로미어 길이가 연장된 것이었다. 쥐들은 번식 능력을 되찾았고, 조직의 기능도 회복되었다. 또한 후각도 다시 돌아왔다. 후각은 주로 뇌의 기능이기 때문에 이는 매우 흥미로운 현상이었다. 쥐들은 또한 전에는 길을 잃었던 미로에서 길을 찾는 방법을 기억하기 시작했다. 

중요한 것은 연구원들은 쥐들의 생존율이 상당히 증가하고 그 치료로 인해 암이 유발되는 징후는 없었음을 발견한 것이다. 10년 뒤, 텔로머레이스 유도가 암을 유발할 수 있다는 우려가 등장했다. 이 연구는 그러한 오해를 해소하는데 도움이 될 수많은 연구 중 하나일 뿐이다. 이에 대해서는 이 책의 후반부에서 좀 더 자세하게 다룰 것이다. 

그 연구는 텔로미어 단축을 인간 노화 이론 중에서 가장 실현 가능성이 높은 이론으로 확립하는 데에도 도움이 되었다. 우리가 노화에 미치는 텔로미어 단축의 역할에 대해 발견했을 때, 과학자들은 처음에는 그것이 과연 그렇게 간단할 것인지 의심을 표했다. 사실 노인학자들이 최소한 쥐의 경우에 노화를 유발하는 두 가지 근원이 산화 스트레스와 미토콘드리아 기능 장애라는 것을 이미 파악한 상태이었다. 

그러나 연구실 환경에서 항산화 치료나 다른 치료법을 통합하여 그러한 구체적인 문제를 완화하기 위한 노력에 있어서 텔로미어 연장과 관련된 부분에 대해서는 전혀 다루지 않았다. 사실 데피노DePinho 박사의 실험에서는 텔로미어가 산화 스트레스와 미토콘드리아 기능 장애도 통제할 수 있는 것으로 파악되었다. 텔로미어의 길이를 유지하면 세포에서 산화 스트레스와 미토콘드리아 기능 장애 문제가 점점 감소했다. 인간의 노화를 야기하는 요인들 중에서 최고의 주범을 텔로미어 단축이라고 지적하는 논문들이 점점 더 많이 등장하고 있다. 

반드시 통합된 텔로미어 이론이라는 개념이 모든 노화의 잠재적 원인에 적용될 필요는 없다. 텔로미어 단축을 막는 방법을 파악하더라도 향후 40년에 걸쳐 건강 노쇠를 유발할 수 있는 또 다른 새로운 문제점이 등장할 수도 있다. 그러나 텔로미어 연장이 향후 40년간 등장하게 될 새로운 문제들을 해결할 수 있는 바탕이 되어 주었으면 한다. 필자가 가끔 말했던 것처럼 우리의 세포는 목숨을 앗아갈 수 있는 다이너마이트로 가득 차 있다. 그 중에서 곧 폭발이 임박한 다이너마이트에 중점을 두어야 한다. 우선 그 다이너마이트부터 제대로 막아야 한다. 필자는 인체 노화와 관련하여 곧 폭발이 임박한 다이너마이트가 텔로미어 단축이라고 확신한다. 

그렇다면 과연 왜 그럴까? 다시 한 번 살펴보자. 텔로미어 길이를 유지함으로써 헤이플릭 분열한계를 연장할 수 있었고, 인간 세포조직의 노화와 쥐들의 노화를 역전시켰다. 텔로미어 길이를 유지함으로써 다른 이론적인 노화의 원인을 통제할 수 있었다. 노화에 대한 다른 이론을 토대로 하는 실험은 이러한 성과를 전혀 얻지 못했다. 그래서 필자는 텔로미어에 투자하려 한다. 

텔로미어

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필자의 첫 번째 저서인 <노화 치료Curing Aging>를 읽은 독자의 경우, 다음 두 단원은 복습이 될 것이다. 그 내용이 여전히 머릿속에 생생하게 남아 있다면 아마 해당 부분을 읽지 않고 넘어가고 싶을 수도 있다. 그러나 텔로미어가 무엇인지에 대해 논하지 않고서는 텔로미어 연장의 전망에 대해 논할 수 없다. 텔로미어는 인간의 노화와 건강 약화를 유발하는 핵심적인 요인이다. 그것이 노화의 유일한 원인은 아닐지라도 분명 매우 중요한 요인으로서 가장 우선적으로 해결해야 할 부분일 것이다.

텔로미어는 거의 모든 세포 속에서 발견되며 그 크기가 매우 작다. 인간을 확대해 보면, 인간이 약 100조 개에 이르는 세포로 이루어져 있다는 것을 먼저 파악할 수 있다. 노화에 관한 대부분의 이론에서는 세포가 노화되기 때문에 인간이 노화하는 것이라고 주장한다. 그래서 우리는 동물이나 인간에게 어떤 기술을 적용하기 전에 세포의 노화 과정을 연구하는데 집중하고 있다.

모든 세포에는 핵이 있고 그 핵을 확대하면 염색체를 볼 수 있다. 염색체는 유전자 즉, 인체를 구성하고 인체의 개별적인 특징을 제공하는 정보가 저장되어 있는 구조이다. 그 염색체 중 하나를 확대하면, 두 개의 완arm 즉, 상완 top arm과 하완bottom arm으로 구성되어 있는 것을 볼 수 있다. 각완arm의 안에는 DNA가 있다. DNA는 슬링키Slinky처럼 코일로 감긴 구슬 꿰인 줄처럼 생겼다. 

이 슬링키를 풀어보면, 모든 유전자들이 긴 ‘줄’로 일렬로 배치된다. 이 줄을 신발끈이라고 생각해 보자. 신발끈의 양쪽 끝에는 작은 플라스틱 캡이 달려 있다. 그들은 ‘장식용 술’이라고 불리며, 신발끈 매듭이 풀어지거나 흐트러지지 않도록 한다. 이 장식용 술들이 닳아서 해지면 신발끈이 엉망이 되면서 묶기가 어려워지고 매번 사용할 때마다 더욱 망가지게 될 것이다. 장식용 술이 없으면 신발끈은 해체된다.

염색체 또한 그러한 장식용 술을 가지고 있다. 바로 텔로미어이다. 텔로미어는 염색체의 가장 끝 부분으로 전체 구조를 잡아주는 ‘캡’ 역할을 한다. 1930년대 초반 옥수수 염색체를 사용한 초기 실험에서는 텔로미어가 갈라지면, 염색체가 완전히 삶과 호환될 수 없는 방식으로 재결합했다. 

인간이 최초로 수태 되었을 때, 텔로미어 길이는 약 1만 5천 염기이다. 염색체 평균 길이가 약 1억 염기인 점을 감안하면, 길이가 15,000염기인 텔로미어 부분은 염색체의 극히 일부분이다. 

그림2-1 텔로미어의 위치를 보여주는 염색체 다이어그램

그림2-2 태아의 텔로미어 길이

그림2-3 유아의 텔로미어 길이

그림2-4 아동의 텔로미어 길이

그림2-5 십대의 텔로미어 길이

그림2-6 성인의 텔로미어 길이

그림2-7 중년의 텔로미어 길이

그림2-8 노인의 텔로미어 길이

노화 과정은 자궁에서부터 발달의 가장 초기인 배반포 단계나 그 이전에 즉각적으로 시작된다. 텔로미어는 신체의 세포가 백 개도 되기 전에 단축되기 시작하며, 아주 작은 배아에서 신생아로 발달하려면 상당한 세포분열이 이루어져야 한다. 사실, 우리가 태어날 때 텔로미어는 이미 1만 염기로 단축된다. 이는 전 생애에 걸쳐서 겪는 텔로미어 단축의 절반에 해당한다.

그러나 물론 텔로미어 단축은 계속 진행된다. 우리는 태어나면서부터 계속해서 성장하고, 우리의 세포도 계속해서 분열한다. 먼저 발달 과정의 일환으로 분열을 하고 나중에는 간단한 유지보수의 차원에서 분열을 한다. 완벽한 성인이 되더라도 특히 면역 체계에서 상당한 세포분열이 발생한다. 세포가 분열하면서 텔로미어는 점점 더 짧아지고 약 5천 염기로 줄어들게 되면 세포는 제 기능을 상실하게 된다. 

필자는 언제 이러한 수치들을 얻게 되었냐는 질문을 자주 받는다. 시중에 발표된 보고서들에 따르면 그 수치는 매우 다양하다. 여러 가지 측면에서 그 질문은 의미 있으며 전적으로 텔로미어의 측정 방식에 달려 있다. 필자는 개인적으로 말단제한절편 TRF이라는 방식을 선호하지만, PCR 및 FISH라는 방식들을 사용하는 사람들도 있다. 이 방식들에는 텔로미어의 시작점에 대해 약간의 이견들이 있다. 여러 가지 측면에서 그것은 사실 매우 임의적인 결정이다. 손가락 끝의 길이를 파악하는 것과 상당히 비슷하다. 과연 어디서부터 측정을 시작할 것인가, 두 번째 관절에서부터 시작할 것인가, 손톱이 시작하는 부분, 아니면 그 외 다른 부분에서부터 시작할 것인가? 텔로미어의 길이 측정도 이와 마찬가지이다. 

텔로미어가 너무 짧아서 세포 대다수가 기능을 멈춘다면, 우리는 늙어서 죽게 된다. 아직은 그에 대해서는 할 수 있는 게 아무 것도 없다. 식단, 운동뿐 아니라 의사가 지시하는 대로 한다 해도 텔로미어의 단축을 멈출 수는 없다. 

세포도 노화한다. 더불어 이것은 단지 가설만이 아니라, 관찰 가능한 사실이다. 요즘 페트리 접시에 인간 세포를 놓고 연구하는 사람들은 누구나 이에 대해 잘 알고 있다. 일단 세포의 텔로미어가 약 5천 염기쌍으로 단축되면, 그 세포는 더 이상 분열하지 않는다. 이러한 세포가 지나치게 많아지면 전체 배양이 불가능할 것이다. 연구에서는 암처럼 세포가 불멸이 아니라면 무기한으로 세포주를 가지고 연구를 할 수 없기 때문에 이는 매우 성가신 일이다. 인체의 경우에는 성가신 정도가 아니라 거의 대재앙과도 같다. 

앞서 언급한 바대로, 필자는 1990년대 초반 텔로미어 생물학이 신생 단계였을 때 이 현상에 대해 알게 되었고, 그 즉시 이것이 필자가 항상 찾고 있었던 노화의 시계라는 것을 알아차렸다. 제론 사는 텔로미어와 노화 사이의 모든 지점들을 연결하기 시작하는 시점이었다. 캘빈 할리Calvin Harley는 다수의 청중들을 대상으로 누군가의 텔로미어 길이를 측정하여 그 사람의 나이를 파악할 수 있다고 발표했다. 더욱 중요한 것은 그 사람이 노령으로 죽기 전에 텔로미어의 길이를 파악할 수 있다는 점이었다. 필자는 바로 텔로미어가 그간 접한 모든 것들 중에서 가장 정확한 노화 시계의 후보임을 알아차릴 수 있었다.

그래서 심장질환, 암 및 감염 등을 주제로 그간 진행해 온 모든 작업을 그만두고 텔로미어를 연구하기 위해 제론 사에 입사했다. 이후 놀랍게도 모든 연구가 여전히 암, 심장질환, 감염 및 실질적으로 이 지구상의 모든 다른 질환들과 관련이 있음을 깨닫게 되었다. 

왜냐하면 텔로미어 단축은 노화만 유발하는 것이 아니기 때문이다. 동료들이 평가를 거친 수백 건의 과학 저널 논문들이 지구상의 모든 질병들이 텔로미어 단축과 관련이 있음을 밝혀 냈다. 그 중에는 원인과 결과를 파악하지 않은 논문들도 있지만, 선천성각하부전증, 특발성 폐섬유화증, 재생불량성 빈혈, 특발성 불임 등의 특정 질병들의 직접적인 원인이 텔로미어 단축임을 증명하는 논문들도 있다. 

텔로미어가 짧아지면, 신체가 실질적으로 가능한 모든 측면에서 쇠퇴하게 된다. 인생의 최고조인 약 24세경 대부분의 인간은 거의 완벽에 가까운 건강을 유지한다. 그래서 24세보다는 80세에 걸리는 질병들의 경우 텔로미어와 관련된 요소들이 있을 것이다. 동료 평가를 거친 연구 중에서 질병과 텔로미어 단축을 연계시킨 연구는 1건이었다. 

이는 대부분의 사람들이 전혀 노화 질환이라고 생각하지 않는 욕창 같은 질병들에 적용된다. 처음에 욕창은 노화에 의해 유발되지는 않는다. 한 자세로 누워 있는 사람들의 피부와 침대 시트 사이의 마찰로 인해 발생한다. 하지만 모두 알다시피 인간의 피부는 치유 능력이 있다. 환자가 돌아 누우면 피부의 다른 세포들이 분열하면서 손상된 세포를 대체한다. 그래서 처음에 욕창은 그다지 문제가 되지 않는다. 

그러나 그 주기가 계속되면 즉, 환자가 상처를 입고 치유되었다가 다시 상처를 입고 치유가 된다면 어떻게 될까? 모든 치유 주기에는 세포가 분열되며, 세포 분열 시에는 텔로미어가 짧아진다. 따라서 환자가 비교적 젊더라도 상처 부위 주변의 텔로미어가 5천 염기쌍으로 줄어들기 시작할 것이다. 이쯤 되면 상처 부위는 치유할 수 없게 되고, 욕창이 영구적으로 감염의 위험에 노출되면서 생명에 위협이 될 수 있다. 

욕창은 병원에서 주로 발생하는 문제이며, 텔로미어 길이를 유지할 수 있게 된다면 예방할 수 있을 것이다. 거의 모든 질병에서 발생하는 유사한 기제가 있다. 예를 들어, 근육위축증의 경우 다리 근육에서 멀쩡한 세포들이 죽어가는 세포를 대신한다. 그 증상은 텔로미어가 단축되면서 점점 더 심각해진다. 노화는 근육위축증의 초기 원인은 아니지만 그 질환에서 상당한 병리학을 유발한다. 

감기와 독감의 경우도 마찬가지이다. 모두가 건강한 젊은 성인들이 노인들보다 훨씬 더 빨리 이러한 감염 질환에 걸리는 것을 본 적이 있다. 감염 질환에 대처하려면 면역체계에서 상당한 세포분열이 발생해야 한다. 세포가 분열되면서 면역체계가 노화되기 때문에 사소하게 느꼈던 감염 질환이 생명을 위협하는 응급상황이 될 수도 있다. 

만성적 노화의 경우 텔로미어가 단축되면서 노화 관련 질환이 유발된다는 것을 보여 주는 극명한 사례가 있다. 바로 아예 짧은 텔로미어를 가지고 태어나는 아동들의 사례이다. 이 질환은 선천성 조로증 또는 줄여서 조로증이라고 하는데, 하나의 돌연변이가 라민A 단백질 기형을 유발하면서 발생한다. 이러한 돌연변이 단백질은 염색체가 부착된 핵의 표면에 축적되고, 실상 텔로미어가 보호를 받지 못하게 되면서 굉장히 빠른 속도로 줄어들게 된다.

따라서, 이 아동들은 이미 텔로미어가 단축된 상태에서 태어나서 20세가 되면 대부분의 사람들의 경우 80-90대에 겪는 노화와 관련된 질환으로 죽게 된다. 텔로미어 단축을 막을 수 있다면, 이 질환은 치료 가능하다. 특정 시기에 집계된 전 세계 조로증 아동 사례는 250명뿐으로 매우 드물기는 하지만, 조로증은 매우 심각한 질병이며 필자는 그 질병을 치료하고 싶다.

텔로미어가 짧아지기 시작하면 건강은 마치 벼랑 끝으로 추락하는 것 같다. 갑자기 여러 가지 노화 관련 질병을 동시 다발적으로 겪게 된다. 조로증은 그러한 추락을 수십 년도 더 앞당긴다.

벽돌 쌓기 모델 bricklaying model

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앞 부분에서 세포가 분열될 때마다 텔로미어가 점점 더 짧아진다는 것에 대해 설명했다. 하지만 그 이유는 무엇일까? 어떠한 과정을 거칠까? 텔로미어 단축 문제를 해결하려면, 우선 텔로미어가 단축되는 이유를 파악해야 한다. 

세포 분열 시, 원래 세포는 ‘모세포’라고 하며 분열 후 발생하는 새로운 두 개의 세포는 ‘딸세포’라고 한다. 모세포 분열 시 우선 세포 내의 모든 것이 복제되어 분열된 딸세포들에게 전달된다. 여기에는 염색체도 포함되며 염색체 속에는 DNA가 있다. 

DNA 복제 과정은 다소 복잡하고 이 책은 고급 분자생물학 텍스트는 아니기 때문에 DNA 복제에 대해서는 벽돌 벽의 벽돌에 대한 비유를 사용하려 한다. 벽에 쌓여 있는 제일 위 줄의 벽돌들이 염색체 속 DNA라고 상상해 보자. 그 줄을 복제하려면 벽의 제일 위에 새로운 벽돌을 쌓아야 한다. 이것이 바로 새로운 염색체가 될 것이다. 

그림3-1 DNA 복제에 대한 벽돌 쌓기 비유

이제는 벽돌공이 벽 제일 위에 서서 새로운 벽돌을 하나씩 쌓으면서 뒤로 간다고 상상해 보라. 믿거나 말거나 이것은 세포 안에서 벌어지는 과정과 상당히 비슷하다. 이때 벽돌공은 DNA 중합효소라고 불리는 효소를 나타낸다. DNA는 긴 분자이기 때문에 이 벽돌을 쌓는 것은 매우 길고도 반복적인 과정이며 실수 없이 진행해야 한다는 점을 명심해야 한다. 그렇지 않으면 상당히 부정적인 효과를 발생할 수 있는 변이를 유발할 수 있다. 

하지만 지금 우리는 ‘벽돌벽’의 끝 부분 즉, 텔로미어에서 벌어지는 일에 중점을 두고 있다. 벽돌공이 벽 위에 올라가 있기 때문에 마지막 벽돌을 놓을 만한 공간이 없다. 그는 “코너에 몰리게 된 것이다.” 뒷걸음 치다가 제대로 발을 딛지 못한 채 벽에서 떨어질 것이다. 따라서 새로운 염색체는 이전 염색체보다 조금 짧아질 수 밖에 없다. 

이러한 비유는 사실 DNA 중합효소가 끝까지 염색체를 복제하지 않는 이유와 상당히 비슷하다. 즉, 건강한 라이프스타일을 유지한다고 해도 텔로미어 단축은 불가피하다. 염색체는 반드시 ‘닳는’ 것은 아니다. 환경에 노출된다고 해서 늘 닳지는 않는다. 단지 세포가 염색체를 완벽하게 복제할 수 있는 능력이 부족한 것뿐이다. 

따라서 새로운 ‘벽돌층’은 다소 짧아지게 되고 세포가 다시 분열하면서 벽돌공은 새로운 벽돌층을 쌓고 또 쌓다가 마지막 벽돌을 놓기 직전에 떨어질 것이다. 그러면서 염색체는 더욱 짧아지게 될 것이다. 세포는 분열될 때마다 점점 더 짧아진다. 필자는 이것을 ‘기본적인 수준의 텔로미어 단축’이라고 한다. 이것은 완전히 수동적인 과정이다. 벽돌공이 마지막 벽돌을 놓을 수 없다는 것 말고는 아무 일도 발생하지 않는다. 즉, 유감스럽지만 전적으로 아무것도 할 수 없다는 것이다. 아무리 잘 먹고 운동을 열심히 해도, 의사의 지시를 아무리 잘 따라도 기본적인 수준의 텔로미어 단축은 멈출 수 없다. 그러다가 텔로미어가 5천 염기로 단축되면 사망하게 된다. 텔로미어 단축 문제를 해결하지 못하면 노화 치료법은 실질적으로 노화를 치료하지 못한다. 적어도 지금까지는 그랬다. 

이렇듯 기본적인 수준의 텔로미어 단축을 감안할 때 수학적 이론상 인간의 최장 수명은 125세이다. 몇몇 동료 평가를 거친 저널에 실린 최근 논문들은 인구 연구에 대한 통계를 사용하여 125세가 이론적 최대치임을 파악했다. 아무리 건강한 라이프스타일을 유지하더라도 텔로미어 단축 문제를 해결하지 못하면 125세 이상 절대 살 수 없다. 그리고 지금까지 공개된 역사적인 문헌들에 따르면 125세 이상 장수한 사람은 없었다. 단 2명만이 120세 이상 생존했으며, 그 중 최고로 장수한 사람은 1997년 122세로 세상을 떠난 잔 칼망Jeanne Calment이었다.

노화를 가속화하고 싶다면, 그와 관련된 희소식은 상당히 많다. 텔로미어 단축은 확실히 가속화될 수 있다. 본질적으로 비만, 흡연, 운동 부족, 심리적 스트레스 등 건강하지 않은 라이프스타일과 관련된 모든 것은 텔로미어 단축을 유발하는 것으로 파악되었다.

그림3-2 벽돌에 대한 비유: 건강하지 않은 라이프스타일은 텔로미어 단축을 유발한다.

이러한 요인들은 텔로미어를 빠른 속도로 단축시키는 활성산소 free radical와 감염을 유발한다. 오랫동안 평생 흡연을 한 사람들이 비흡연자들보다 더 늙어 보인다고 알려져 왔다. 이제 우리는 그들이 생물학적으로 더 노화되었기 때문에 더 늙어 보인다는 것을 알 수 있다. 필자는 상당히 빠른 속도로 노화를 겪는 메스암페타민 중독자들의 텔로미어 길이를 연구한 연구실이 있는지는 잘 모르겠다. 하지만 분명 텔로미어 길이 단축이 조기 노화를 유발했을 것이다.

기본적인 수준의 텔로미어 단축에는 기존의 치료법이 소용이 없지만, 가속화된 텔로미어 단축에는 기존 치료법도 효과가 있다. 체중 감소 또는 금연이나 명상 또는 운동 등을 할 수 있다. 이 모든 것들이 텔로미어 단축 속도에 영향을 미친다. 특정한 식이 보조제 역시 도움이 될 수 있으며 이에 대해서는 추후 더 자세히 다루도록 하겠다.

텔로머레이스

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지금까지 텔로미어가 단축되는 두 가지 이유 즉, 기본적인 수준의 텔로미어 단축과 텔로미어 단축 가속화에 대해 설명했다. 둘 다 신체의 모든 세포에서 동시적으로 발생한다. 

그러나 분명한 답이 제시되지 않은 질문이 있다. 만약 텔로미어가 불가피하게 단축될 수 밖에 없고 연장이 불가능하다면, 어떻게 번식할 수 있을까? 앞 부분에서 우리가 수태되었을 때 텔로미어의 길이가 약 1만 5천 염기쌍이라고 말한 바 있다. 따라서 평균 8천 염기쌍인 텔로미어를 가진 건강한 성인이 임신을 하는 경우 그 사람의 신체는 태내 아이에게 시작점이 될 1만 5천 염기의 텔로미어를 가진 세포를 어디서 찾을 수 있을까?

그 답은 바로 우리의 유전자가 텔로미어를 연장하는 방법을 전달한다는 것이다. 유전자는 단축을 막을 수 없지만, 단축이 발생할 때마다 연장을 할 수는 있다. 생식세포는 지속적으로 분열되지만, 그들의 텔로미어는 단축되지 않는다. 만약 단축된다면 생물학적으로 노화된 상태의 아기가 태어날 것이고, 인간은 수 세대 만에 멸종될 것이다. 

따라서 생식세포는 텔로미어가 단축될 때마다 다시 연장할 수 있는 기제를 갖고 있다. 이 기제는 텔로머레이스라는 효소의 형태이다. 우리 팀은 1990년대 중반 인간에게서 이 효소를 발견하고 그에 대해 연구했다.

텔로머레이스 효소는 텔로미어의 반복적 특성 때문에 비교적 간단하다. 인간의 텔로미어는 6개의 염기쌍 T-T-A-G-G-G의 반복적인 시퀀스다. 즉, 텔로미어를 연장하는 것은 그 6개의 염기쌍을 염색체 말단에 G-G-T-T-A-G 순으로 추가하는 것과 같이 매우 간단하다. 텔로머레이스는 이 시퀀스를 추가한 뒤, 옆으로 미끄러져 나가면서 그 시퀀스의 말단에 또 하나의 G-G-T-T-A-G를 추가하고 이 과정을 수 차례 반복한다. 그러면 역사적으로 인정받는 텔로미어 ‘TTAGGG’ 반복 시퀀스가 텔로미어 반복의 6가지 잠재적인 순열 중 하나로 나타난다. 텔로머레이스를 염색체 상 새로운 텔로미어 시퀀스를 ‘압박하는’ ‘템플레이트’에 해당되는 세포 내 RNA 조각을 포함하는 공장의 개념으로 생각해 볼 수 있다. 

그림4-1 텔로머레이스 효소는 염색체 상의 새로운 텔로미어 시퀀스를 ‘압박한다’

텔로미어 단축을 시계에 비유한 내용을 다시 떠올리자면, 텔로머레이스는 사실 그 시계를 멈추지 않는다. 그 시계는 여전히 앞으로 간다. 텔로머레이스가 하는 일은 시계 초침을 뒤로 한 발짝 미루는 것이다. 여전히 텔로미어가 짧아지기는 하지만, 다시 연장을 할 수 있는 힘이 가해지는 것이다. 

따라서 벽돌 쌓기 모델bricklaying model에 대해 다시 언급하자면, 텔로머레이스는 벽돌공이 벽 끝에서 떨어지면서 새로운 벽을 다소 불완전한 상태로 남겨 두도록 두지는 않는다. 대신 새로운 벽이 예전 벽과 같은 길이로 쌓일 수 있도록 날개 달린 천사가 되어 끝까지 벽돌을 추가한다. 이것이 본질적으로 생식 세포에서 발생하는 일이며, 필자는 모든 세포에서 이것을 적용하고 싶다.

그림4-2 벽돌공에 대한 비유: 텔로머레이스는 날개 달린 천사가 되어 끝까지 벽돌을 추가한다. 

그러나 이것은 심지어 더 좋은 결과를 유발할 수도 있다. 세포가 얼마나 많은 텔로머레이스를 생성하는지가 벽에 얼마나 많은 벽돌을 추가할 수 있는지 결정할 것이다. 소량만 추가되는 경우에 그 벽돌은 매번 모두 대체되지는 않고 일부분만 대체될 것이다. 하지만 전체적으로 심지어 일부분만 대체하더라도 텔로미어 단축 속도를 더욱 늦출 수 있을 것이다. 그러므로 텔로머레이스 효소를 조금이라도 갖고 있는 것이 좋을 것이다. 

반면, 텔로머레이스가 상당히 많다고 가정해 보자. 그러면 벽에 많은 벽돌을 추가할 수 있기 때문에 새로운 벽돌층은 이전 층보다 사실상 더 길어질 수 있을 것이다. 그렇다면 다음과 같은 의문이 생긴다. 텔로미어가 노화의 시계이며 실제로 텔로미어를 연장한다면 노화가 역전될까?

줄다리기

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지금까지 살펴본 바와 같이, 텔로미어는 신체가 염색체를 끝까지 복사할 수 없기 때문에 짧아지며, 텔로머레이스가 염색체에 직접 추가될 때 연장된다. 이 둘은 본질적으로 무관한 과정이며, 동시에 발생한다. 단축 속도는 연장 속도와는 전혀 무관하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 마치 줄다리기와도 같다.

그림5-1 줄다리기

한쪽 끝에는 텔로미어 단축하기 위해 끌어 당기는 사람들이 있고, 반대쪽 끝에는 텔로미어를 연장하기 위해 끌어 당기는 사람들이 있다고 상상해 보자. 생식세포 내에서 이러한 줄다리기는 신체의 자체적인 생물학적 요소에 의해 엄격히 통제된다. 

‘단축하려는’ 쪽이 몇 인치 당기면, ‘연장하려는’ 쪽이 다시 그만큼 당긴다. 그러나 신체의 다른 세포들의 경우에는 모두 연장하려는 쪽에는 아무도 존재하지 않는다.

그림5-2 일반 노화 및 건강 쇠퇴

단축하려는 쪽만 줄을 당기고 있을 뿐이다. 세포가 분열될 때마다 텔로미어의 길이는 점점 더 짧아지면서 궁극적으로 노화로 사망하게 된다. 앞서 심리적 스트레스를 줄이거나 금연을 하는 등 텔로미어 단축의 가속화를 줄이기 위한 몇 가지 방법들에 대해 언급한 바 있다. 이러한 방법들은 단축 팀에서 한 두 명 정도 벤치로 보내는 것과 같을 것이다.

그림5-3 텔로미어 보호 (노화 지연?)

하지만 여전히 연장하려는 쪽에 아무도 없다면 단축을 지연할 수는 있더라도 멈출 수는 없기 때문에 밧줄은 여전히 단축하려는 쪽으로 끌려갈 것이고 그 속도가 줄더라도 전혀 저항하지 못할 것이다. 단지 ‘텔로미어 단축을 가속화하려는 단축자’를 벤치로 잠깐 보낼 수 있을 뿐이다 (건강한 라이프스타일 유지를 통해). ‘기본적인 수준의 텔로미어 단축자’는 절대 벤치로 보낼 수 없다. 따라서 라이프스타일을 개선한다고 해서 텔로미어 단축을 완전히 중단할 수는 없다. 단지 늦출 수만 있을 뿐이다. 

물론, 텔로미어 단축을 지연시킬 수 있다는 것도 상당히 좋은 일이다! 그러나 우리는 단지 텔로미어 단축을 지연시키는 것뿐 아니라 텔로미어를 연장하고 싶다. 또한 세포에 텔로머레이스를 유도할 수 있다면, 연장자를 배치할 수 있을 것이다. 생식세포의 엄격하게 통제된 환경 외에 전반적으로 텔로머레이스를 유도할 수 있을 것이다.

그림5-4 연장자 추가 (추가적인 노화 지연?)

사실상 텔로머레이스가 상당히 적은 경우 단축자들은 계속해서 줄다리기에서 이길 것이다. 하지만, 연장자들이 그 속도를 조금은 늦출 수 있을 것이다. 즉, 노화 과정을 멈출 수는 없지만, 더 오래도록 건강한 삶을 살 수 있을 것이다. 

더욱 좋은 소식은 연장자와 단축자 중 어느 쪽으로도 치우치지 않은 교착 상태를 유발할 수 있을 정도로 텔로머레이스를 유도할 수 있다는 것이다. 즉, 노화 과정을 중단시킴으로써 아무리 오래 살더라도 중단된 시점의 젊음을 유지할 수 있다는 것이다. 

그림5-5 연장자 추가 (노화 중단?)

하지만 단축자보다 연장자가 더 많았으면 한다. 왜냐하면 그래야만 사실상 노화가 역전될 것이기 때문이다. 즉, 연장자가 많아지면 노인들이 인생 최고의 시기 즉, 24세 시절과 같은 외모와 신체적 기능을 할 수 있도록 젊음을 되돌릴 수 있을 것이다. 그들은 생물학적으로 24세에 머무를 수 있게 된다.

그림5-6 훨씬 더 많은 연장자 추가 (노화 역전?)

사람들이 필자에게 성인 줄기세포도 텔로머레이스를 생성할 수 있음을 상기시켜 주는 경우가 많은데, 정말 그렇게 할 수 있다! 하지만, 줄기세포가 생성하는 텔로머레이스의 양은 텔로미어의 단축을 중단하거나 지연시키기에는 상당히 적은 수준이다. 줄기세포에서 텔로머레이스의 발현을 다룬 연구 중에 얼마나 많은 텔로머레이스가 생성되는지 측정한 경우는 전혀 없었다. 그렇다면 과연 줄기세포에서 발현되는 텔로머레이스가 매우 적다면, 왜 줄기세포는 텔로머레이스를 발현하는 것일까? 필자의 견해에는 그것은 단지 유출된 발현의 인공적인 산물일 뿐이다. 줄기 세포는 빠르게 분열하는 경우에만 텔로머레이스를 발현한다. 줄기세포가 분열을 멈추면 텔로머레이스 유전자도 멈출 것이다. 필자는 빠르게 분열하는 줄기세포에서 텔로머레이스의 발현을 살펴보는 이유는 세포가 분열할 때마다 우성 DNA를 복사 (또는 복제)하기 때문이라고 생각한다. 또한, 텔로머레이스 유전자는 DNA에 존재한다. 즉, 새로운 DNA가 생성되면 억제물질 repressor이 새로운 DNA를 발견하기 전까지 매우 단기간 동안 텔로머레이스 유전자가 발현될 수 있다. 

필자는 인체에서 텔로미어의 길이를 유지하기에 충분한 수준으로 텔로머레이스를 생성하는 유일한 자연 세포는 생식세포 밖에 없다고 생각한다. 더욱 구체적으로 말하자면, 배아줄기세포 및/또는 원시생식세포 말이다. 하지만, 필자는 모든 세포가 텔로미어의 길이를 유지 및 연장하기에 충분한 수준의 텔로머레이스를 생산하는 것을 보고 싶다. 

사람들은 가끔 필자에게 노화를 12세까지 역전시킬 수 있냐고 묻기도 한다. 그런 질문에 대한 필자의 답은 ‘그럴 수 없다’이다. 발달 및 노화는 전적으로 상관이 없는 별개의 생물학적 과정이다. 텔로미어 단축은 노화의 시계이기는 하지만, 발달과는 전혀 관련이 없다. 발달 시계 및 노화 시계 모두 아동기에는 같은 속도로 움직이지만, 사실 두 시계는 완전히 별개이다.

처음에 텔로미어에 대해 연구하기 시작할 때, 아무도 노화 역전이 실현될 가능성이 있을지는 몰랐다. 살아 있는 유기체에서 효과를 보이는 치료법에 대한 증거가 전혀 없었다. 그러나 이제는 인간 세포, 세포조직 및 쥐에서 노화의 역전이 증명되었기 때문에, 인간의 노화 역시 분명 역전시킬 수 있다는 확신이 있다. 아직 노화를 치료하지 못하는 유일한 이유는 대중의 태도이다. 더 많은 사람들이 이 분야에 진지한 관심을 가지게 되면서 관련 연구에 대한 자금의 출처를 확보할 수 있게 되면, 상당히 빠른 시일 내에 노화를 치료할 수 있을 것이다.

텔로머레이스 유도 전략들

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그렇다면 실제로 최소한 텔로미어의 단축 속도를 지연시킬 수 있을 정도로 길이를 연장할 수 있는 수준까지 어떻게 텔로머레이스를 생성할 수 있을까? 텔로미어 연장 전략으로는 다음과 같은 세 가지 카테고리가 있다.

1) 약학적 접근법

2) 뉴트라수티컬(건강보조식품 관련) 접근법

3) 유전자 치료

약학적 접근법

필자의 회사인 씨에라 연구소Sierra sciences는 1999년부터 약학적으로 노화를 치료하기 위한 연구를 해왔으며, 그 과정에서 놀랄 만한 진전을 이루었다.

약학적 접근법의 배경이 된 아이디어는 매우 간단하다. 인체가 이론적으로 자연스럽게 기능하도록 유도하는 화학 물질을 발견하는 것이다. 인체의 거의 모든 세포는 완벽한 유전자 코드를 갖고 있기 때문에 텔로머레이스 유전자도 역시 마찬가지이다. 핵이 부족한 적혈구 세포와 면역 관련 유전자를 재배열하는 일부 면역 세포들만 예외일 것이다. 따라서, 텔로미어가 포함된 모든 세포는 텔로미어를 연장할 수 있다. 텔로머레이스 유전자만 억제되지 않는다면 말이다. 약학적 접근법의 배경이 된 아이디어는 텔로머레이스 유전자 발현을 활성화하는 화학물질을 개발하는 것이다. 

유전자 발현은 유전자를 활성화하거나 억제하는 유전적 ‘자물쇠’에 맞는 화학적 ‘열쇠’를 방출하는 자물쇠 및 열쇠 통제 접근법을 사용하는 경우가 많다. 예를 들어, 인체가 고통을 완화해야 한다는 신호를 받게 되면 (예. 격렬한 운동 후), 뇌하수체는 본질적으로 인체의 다른 세포에 대한 수용기인 ‘자물쇠’와 결합하는 ‘열쇠’인 엔도르핀이라는 신경펩티드를 생성한다. 그러면 이 수용기는 하나 또는 다수의 유전자에게 활성화 또는 억제 신호를 보낸다.

씨에라 연구소는 세포 내 텔로머레이스 유전자를 활성화하는 분자 열쇠를 파악하기 위해 거의 10년간 (수천 만 달러를 들여) 수십 만 개의 화학물질을 검사했다. 

또한 텔로머레이스를 생성하는 화학물질의 능력을 검사하기 위한 자동화된 방식을 고안해 냈다. ‘hTERT RT-PCR 검정’이라는 이름을 붙인 이 방식을 통해 하루에 최대 4천 개의 다양한 화학물질을 테스트했고, 이후 수년 간 생물학적으로 활성화될 수 있는 가능성이 높은 분자 집합을 무작위적으로 테스트했다.

그림6-1 텔로머레이스 유전자를 활성화하는 화학물질을 개발하는 약학적 접근법의 배경 아이디어.

이후 모든 긍정 적중에 대해 고려하고 수집한 정보를 사용하여 보다 효과적인 분자를 얻어 내기 위해 의료화학자들을 고용했다. 

여러 가지 발견들을 토대로 자물쇠에 거의 잘 맞고 약간 불완전하더라도 텔로머레이스를 일부 활성화할 수는 있는 몇 가지 분자를 얻었다. 지금까지 만들어 낸 분자들 중 가장 효과적인 것은 C0314818(TAM818라고도 함)이다. 이 분자는 분명 지금까지 지구상에서 발견된 텔로머레이스 유도인자 중에서 가장 강력할 것이다. 

필자는 약학적 접근법이 모두의 노화를 역전시키는 열쇠를 쥐고 있을 것이라고 생각한다. 인간 노화 치료와 관련하여 가장 널리 퍼져 있는 반이상적인 믿음 중 한 가지는 “노화 역전이라는 것은 오로지 부자들에게만 해당되는 이야기이며 나머지는 자연 노화 해야 한다.”는 것이다. 아마도 특정한 유형의 복잡한 관련 치료법들의 경우에는 그럴 수도 있겠지만, 약학적으로는 그렇지 않다고 생각한다. 약품은 대량 생산하기가 쉽고 제약회사들은 선별된 소수의 엘리트 계층에만 약품을 판매하는 것은 수익성이 떨어진다고 생각할 것이다. 제약회사들은 전 세계 모든 약국에 약품을 공급해야만 수익을 올릴 수 있다. 

뉴트라수티컬(건강보조식품 관련) 접근법

그렇다면 왜 지금 현지 약국에서 TAM818을 구매할 수 없을까? 그 이유는 약품 출시에는 약 12년이라는 시간이 걸리며 평균 20억 달러의 비용이 들기 때문이다. 또한 모두의 안전을 위한 엄격한 규제도 존재한다. 이에 대해서는 상당히 열띤 논쟁이 벌어지고 있지만 여기에서는 다루지 않기로 했다. 그러나 다수 국가 특히, 미국에서는 그러한 규제로 인해 약품을 개발 및 판매하기가 상당히 어렵다.

하지만 이러한 규제에도 상당히 흥미로운 허점이 있다. FDA는 사람들이 오랫동안 의학적으로 섭취하거나 사용해 온 식품에서 직접 정화된 화학물질들은 통제하지 않는다. 은행나무, 구아라나 또는 양배추의 특정 성분이 독성이 있거나 심각한 부작용이 있다면 수백 년 전에 이미 알았을 것이라고 생각하기 때문이다. 

과연 그러한 식물들 속에 함유되어 있는 화학물질이 노화를 치료할 수 있을까? 지금 당장은 그에 대해 회의적인 사람들이 많다. 일반적으로 식용 식물로 인간 노화를 치료할 수 있었다면 이미 알려졌을 것이기 때문이다. 수세기 동안 그 식물을 섭취한 사람들이 최소한 좀 더 오래 살았을 수 있고 과학자들이 그 사실을 눈치챌 수 있었을 것이다.

그러나 사실상 텔로머레이스를 활성화하는 화학적 ‘열쇠’가 일반적인 식물에 숨어 있다고 생각하는 것보다는 훨씬 더 그럴싸하다. 모든 식물에는 ‘식물화학물질’이라고 하는 약으로 활성화할 수 있는 수천 가지 화학적 화합물들이 존재한다. 그 중 일부는 극히 소량일 뿐이다. 그러한 화합물들을 칼럼크로마토그래피 및 기타 분리 프로토콜을 사용하여 서로 분리, 정화, 농축 및 조사하면, 세포에서 텔로머레이스가 발현될 수 있도록 하는 ’자물쇠’에 맞는, 아니면 적어도 끼워 맞출 수 있는 열쇠를 발견할 수 있을 것이다. 

매우 일반적인 식물들로 노화를 치료할 수는 있지만 극히 소량이기 때문에 그간 알아채지 못한 것 같다. 또한 텔로머레이스 활성인자뿐 아니라 텔로머레이스 억제인자가 포함된 식물들도 있을 수 있기 때문에 서로 분리하지 않는 경우 그 순 효과는 영(0)일 것이다. 

이에 대해 알아내기 위해서 씨에라 연구소는 수 천 가지 천연 성분들을 검사했고 테스트를 통해 텔로머레이스 유도에 긍정적인 효과가 있는 몇 가지 샘플을 발견했다. 그 중 C0314818보다 강력한 성분들은 없었지만, 매우 유망한 연구 경로를 제시했다. 앞으로도 수십 만 종의 식물들을 더 검사해야 한다.

유전자 치료

실질적으로 앞서 설명한 약학적 접근법과 건강보조식품 관련 접근법은 일종의 ‘유전자 치료법’ 이다. 왜냐하면 문자 그대로 유전자에 영향을 미치는 치료법들이기 때문이다. 하지만 이 부분에서는 기존 유전자 연구 대신 세포에 새로운 유전자를 전달하는 기술에 대해 설명하기 위해 ‘유전자 치료’라는 표현을 사용하려 한다.

이러한 유형의 유전자 치료가 상당히 각광을 받고 있다. 유전자 치료를 통해 체내의 세포들이 자연적으로 텔로머레이스를 생성한다고 확신할 수는 없다. 사실은 세포들에게 텔로머레이스를 생성하기 위한 대안 방식을 제공한다. 유전자 발현에 대한 자물쇠 및 열쇠 비유와 동일한 비유를 사용하자면, 유전자 치료에서는 우선 자물쇠가 없는 텔로머레이스의 변형 유전자를 만든다. 따라서 그 유전자는 텔로머레이스를 활성화하기 위한 열쇠가 필요치 않다. 항상 활성화되어 있다. 이 유전자를 세포에 직접 투입하면 유전자 코드가 지시하는 모든 기능을 할 것이다. 이 경우에는 텔로미어를 연장하는 텔로머레이스를 생성할 것이다. 

수백 년간 과학자들이 이미 바이러스의 형태로 유전자 치료를 완벽하게 확립하지 않았다면, 그러한 치료를 발견하고 확립하는 데 더 오랜 시간이 걸렸을 것이다. 바이러스들은 세포에 유전적 페이로드를 주입하는 데 매우 능숙하다. 결국 그들의 존재 자체가 그에 달려 있다. 유전자 전달 방식은 그대로 유지하면서 매우 조심스럽게 바이러스만 변경함으로써, 세포에 원하는 유전자를 모두 제공할 수 있는 방법을 개발할 수 있다. 

단, 매일 접하는 고전적인 바이러스는 바이러스여서가 아니라 그들이 전달하는 페이로드 때문에 위험하다는 것을 명심해야 한다. 유전자 치료의 경우 유일하게 텔로머레이스 유전자만 전달되어야 한다. 

우리 연구실에서는 페트리 접시의 세포를 통해 연구를 했고 분명 성공적인 결과를 얻었다. 줄다리기 비유로 다시 돌아가보면, 이러한 유전자 전달 기술을 통해 텔로미어 연장자들이 단축자들의 30배가 넘도록 함으로써 텔로미어를 연장하고 결과적으로 훨씬 더 젊은 세포주를 만들 수 있었다. 

    제론 사에서 우리 팀은 1990년대 초반에 살아 있는 인간이 아니라, 배양된 조직의 인간 세포에 대해 이러한 연구를 실시했다. 살아 있는 인간을 대상으로 한 연구는 당시 기술 수준을 고려할 때 완전히 무모한 것이었다. 유전자 치료는 헤이플릭 분열한계를 연장하고 불치가 아니라 불멸의 세포주를 생성하는 방식이었다. 그러나, 실제로 유전자 치료를 통해 인간을 치료하는 지점에 이른다면, 실제로 상상할 수 있는 모든 측면에서 노화를 역전시킬 수 있을 것이다. 95세의 여배우이자 코미디언 베티 화이트Betty White가 다시 24세의 모습으로 돌아가 무대 위를 활보하는 것을 볼 날이 기대된다.

과학자들은 이미 유전자 치료를 통해 인간 노화 치료로 가는 가장 기본적인 주요 단계 3가지를 달성할 수 있었다. 첫째, 인간 세포 배양에서 헤이플릭 분열한계를 초월했다. 둘째, 인간 세포 조직의 노화를 역전시켰다. 마지막으로, 앞서 언급했지만 쥐들의 노화도 역전시킬 수 있었다. 

그림6-2 비례 곡선으로 분열하는 세포들

그림6-3 헤이플릭 분열한계

그림6-4 텔로머레이스의 헤이플릭 분열한계 초월

위 그래프를 통해 인간 세포 배양이 어떻게 분열되고 수평을 유지하는지와 헤이플릭 분열한계 를 시각적으로 표현해 보았다. 페트리 접시의 인간 세포에 대해 유전자 치료를 했을 때 그 한계를 완전히 넘어설 수 있었다. 

영양분 공급에 상당히 주의를 기울이면 세포들은 비례 곡선으로 무기한 성장한다. 모든 증거들을 비추어 볼 때 텔로미어 단축은 인간 노화의 유일한 원인은 아니지만 주요 원인이기 때문에, 유전자 치료를 통해 노화하는 세포들을 치료할 수 있었다. 

거기에서 인간 세포조직의 노화 역전으로 옮겨갔다. 거의 15년 전에 이러한 실험들을 실시했다. 필자와 함께 올해의 발명가상 2위를 차지한 월터 펑크Walter Funk 박사가 이끄는 제론 사의 과학자들이 노인의 피부 세포를 채취해서 면역력이 약화된 쥐 등의 인간 세포로 옮겼다. 그 세포들은 주름, 물집 및 노인 반점이 가득한 시각적으로 노화된 피부를 유발했다. 이후 같은 세포를 채취하여 텔로머레이스 유전자 치료를 실시했다. 피부는 자라면서 시각적으로 젊어 보이게 되었다. 기능 또한 젊은 피부처럼 할 수 있게 되었다. 탄력과 물집에 대한 저항 등 모든 벤치마크에 따르면 그 자체가 젊은 피부였다.

그들은 한 단계 더 나아가 노화와 관련된 30개의 다양한 유전자들을 검토했다. 이 30개 유전자들의 발현 수준은 노화와 함께 가장 눈에 띄게 변한다. 나이든 피부에서 텔로미어를 연장했을 때, 그러한 유전자 지표가 모두 역전되었다. 

    필자가 근무하는 동안 제론 사에서는 세포 배양과 인간 세포 조직에서 노화를 역전시켰다. 약 10년 뒤 론 테피노Ron DePinho가 유전적으로 변형된 쥐들의 노화를 역전시켰다. 지금까지 진행된 실험 중에서 그 개념을 지지하는 모든 실험들이 유전자 치료가 살아 있는 인간의 노화를 역전시킬 수 있다는 명제에 더욱 힘을 실었다. 머지않아 소규모 자원봉사자 집단에게 유전자 치료 프로토콜을 테스트해 볼 수 있는 기회가 있었으면 한다. 정말 세계를 변화시킬 만한 일이다. 

그러나 여러분은 왜 아무도 아직 그러한 계획을 행동에 옮기지 않고 정보에 정통하고 스스로 용감하게 참여하는 자원봉사자들에게 유전자 치료를 시도하지 않는지 궁금할 것이다. 그 주된 이유는 과거에 실시된 다수의 유전자 치료 프로토콜들이 상당히 위험했고 질병을 유발하는 원인이 되었기 때문이다. 과거의 유전자 치료들은 염색체에 유전적 코드의 일부를 무작위로 주입하는 바이러스를 토대로 하기 때문에 통합된 지역의 도입부나 말단의 유전자를 파괴하는 경향이 있었다. 특히 위험한 유전자 시퀀스를 고른다면, 그 세포는 거의 즉각적으로 암을 유발할 수 있었다. 유전자들이 암을 유발하는 세포로 옮겨졌기 때문이 아니라 유전자 자체가 암을 유발할 수 있었다.

요즘 우리는 그러한 질병을 유발하는 징후를 보이지 않는 프로토콜들에 대해 연구 중이다. 그 유전자들은 염색체에 통합되지 않으며, 재채기를 유발할 수 있는 경미한 면역학적 반응만 있을 뿐이다. 이 프로토콜은 우리가 직접 발명한 것은 아니며, 텔로머레이스 이외의 유전자들을 사용하는 (이 저서를 쓸 당시) 117건의 다양한 임상 연구에서 사용되었다. 그러한 연구들에서 지금까지 아무도 심각한 부작용을 경험한 적이 없다. 텔로머레이스에 대한 우리의 연구를 현대 유전자 치료와 관련된 모든 연구와 통합함으로써 머지 않아 효과적인 노화 방지 치료가 등장할 수 있을 것 같다.

텔로머레이스는
가장 짧은 텔로미어를
우선적으로 연장한다

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건강과 장수를 예측하기 위해 ‘평균적인 텔로미어 길이’를 측정하는 것은 점차 의미가 없어질 것이다. 즉, 텔로미어의 경우, 노년기에 건강 쇠퇴의 주 원인은 평균적인 텔로미어 길이보다는 상당히 짧은 체내 세포들의 수이다. 즉, 이론적으로 긴 텔로미어와 짧은 텔로미어를 많이 가지고 있는 인간은 균일한 중간 정도 길이의 텔로미어를 가진 사람과 평균 길이는 같을 수 있지만, 건강 수준은 훨씬 더 노화된 상태일 것이다. 이 분야에 대해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 지금까지 평균적인 텔로미어 길이가 전반적인 건강 및 노화와 관련이 있는지에 대해 훌륭하게 해명하는 연구들은 거의 없었다. 하지만, 상당히 짧은 텔로미어가 왜 건강에 그러한 영향을 미치는 지와 관련해서는 훌륭한 이론들이 많다. 

평균적인 텔로미어 길이가 특정한 관련이 있을 수 있음을 시사하는 최고의 데이터는 우드로라이트Woodrow Wright과 제리 쉐이Jerry Shay 박사 연구실에서 실시된 연구이다. 이 연구에 따르면, 길이가 긴 텔로미어의 단축과 연장은 Dux4라는 유전자의 발현에 영향을 미친다. 즉, 텔로미어는 접힐 수 있기 때문에 유전자를 쳐서 활성화하거나 억제하는 마술 지팡이처럼 염색체와 함께 유전자와 상호작용할 수 있다는 것이다. 

사실 인핸서 시퀀스가 그로부터 10만 염기 이상 떨어진 유전자의 발현에 영향을 미치는 이유를 설명하는 이러한 유형의 기제에 대한 강력한 선례가 있다. 즉, 인핸서 시퀀스는 유전자들과 접촉하여 인핸서와 유전자 프로모터가 서로 접촉하도록 염색체를 접음으로써 유전자들의 발현을 통제하는 것으로 파악되었다. 텔로미어는 인핸서 시퀀스와 상당히 유사할 수 있다 또한, 텔로미어가 점점 더 짧아질수록 염색체가 접힐 때 닿을 수 있는 거리도 더 짧아진다. 

‘평균적인 텔로미어 길이’는 임계적으로 짧은 텔로미어가 포함된 세포의 비율과 밀접한 상관관계가 있기 때문에, 임계적으로 짧은 텔로미어가 실제로 관련이 있는 진정한 벤치마크라는 가설은 처음에는 순전히 학문적인 듯했다. 

그림7-1-4 텔로미어의 폴드백 모델 (Fold back model)

이 가설은 텔로미어 길이 측정 테스트 설계의 측면에서 적용될 수 있을 듯했지만, 노화 방지 치료법들에 대한 정보를 제공할 수 있을지는 파악하기가 어려웠다. 하지만, 그때 효모 속의 텔로머레이스가 세포 내에서 가장 짧은 텔로미어를 발견하여 우선적으로 연장한다고 암시하는 증거가 나타났다. 이 현상은 곧 쥐들의 세포에서도 확인되었다. 이후 2009년 카디프 대학교 연구 팀이 인간 세포도 역시 마찬가지라는 사실을 확인했다.

그렇다면 이것이 의미하는 바는 무엇인가? 이것은 소량의 텔로머레이스 유도에 대한 관점을 완전히 바꾼다. 줄다리기 비유를 사용하자면, 4명이 ‘단축하려는’ 쪽에서 줄을 당기고 있는 가운데 ‘연장하려는’ 쪽에 2명을 추가한다면, 노화 과정이 미묘하게 지연되는 것을 파악할 수 있을 것이다. 단, 노화 과정을 중단시키거나 역전시키지는 못한다! 그러나 단축자들이 조금 뒤로 물러서다 벼랑에서 떨어진다고 상상해 보자. 결국, 연장자 수는 많은데 단축자 수는 상대적으로 줄어들게 된다. 이로 인해 텔로머레이스가 소량이더라도 더 많은 단축자가 다시 추가될 때까지 가장 짧은 텔로미어를 연장할 수 있을 것이다.

텔로머레이스가 가장 먼저 가장 짧은 텔로미어를 연장하기 때문에 사실상 임계적으로 짧은 텔로미어는 연장되는 반면 평균 텔로미어 길이는 계속 줄어들 수 있다! 그래서 상당히 약한 텔로머레이스 유도인자도 단기간에 노화 역전을 유발할 수 있지만, 상대적으로 매우 일시적일 것이다. 

필자는 이미 그에 대해 관찰한 적이 있는 것 같다. 필자의 연구실에서 출시한 제품들 중에서 텔로머레이스 활성화 및 유도에 다소 영향을 미치지만 노화 역전에 필요한 수준에는 못 미치는 것으로 파악된 제품들이 있다. 그러나 그 제품들을 사용한 사람들은 위약으로 설명될 수 있는 수준을 훨씬 넘어서는 정도까지 증상이 개선되었다고 보고하고 있다. 

가장 짧은 텔로미어를 연장함으로써 일시적인 노화 방지 효과를 유도할 수 있지만, 그렇다고 해서 노화 방지 과학이 완성된 것은 아니다. 그러나 노화로 인한 질병에서 일시적으로 해방될 수 있다는 것은 꽤 환대받을 만한 성과이다. 

필자가 제론 사에서 근무할 때 경험했던 관찰들 중에서 지금까지도 기억에 남는 것은 다량의 텔로머레이스를 발현하는 다양한 세포들을 복제했을 때, 이 복제 세포들의 텔로미어 길이가 각 복제 세포에서 생성되는 텔로머레이스의 양과 직접적으로 연관되어 있음을 파악했던 것이었다. 즉, 하나의 세포에서 다수의 텔로머레이스를 생성하면 텔로미어는 계속해서 연장되지는 않는다. 생성되는 텔로머레이스의 양과 관련하여 특정한 안착 지점에 도달한다. 그러므로 가장 짧은 텔로미어가 우선적으로 연장되더라도 소량의 텔로머레이스에 의해서는 그다지 많이 연장되지는 않는 것이다.

그림7-5 소량의 텔로머레이스

실타래 모델 Ball of Yarn Model

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상대적으로 약한 텔로머레이스 유도인자가 가장 짧은 텔로미어를 우선적으로 연장하는 것을 설명하는 또 다른 방식은 텔로미어가 실타래 뭉치와 같이 돌돌 말려 있다고 상상하는 것이다. 

텔로미어 및 기타 DNA는 주로 길이가 길고 곧은 이중나선구조이다. 하지만 우리의 세포에서 DNA는 곧게 이어진 실처럼 저장되지는 않는다. 그럴 만한 공간이 없다. 인간 게놈을 채취해서 완벽하게 직선으로 편다면 그 길이는 3피트 이상일 것이다. 즉, 1백 조 개에 달하는 세포 하나하나에는 우리 신장의 절반에 달하는 DNA가 포함되어 있다. 그러므로 DNA가 핵 안에 들어가려면 슬링키Slinky처럼 감겨야 한다. 

그러나 텔로미어가 실타래 뭉치처럼 돌돌 말린다고 생각해 보자. 텔로미어가 길면 그 끝 부분이 실타래 뭉치의 중앙에 들어갈 수 있다. 텔로머레이스는 텔로미어를 연장하기 위해 물리적으로는 거기까지 도달할 수 없다. 그러나 텔로미어가 짧아지면서 끝 부분이 점점 드러나게 되면 텔로머레이스의 접근이 가능하게 되면서 텔로미어가 연장될 것이다.

그림8-1 ‘실타래 뭉치’ 처럼 보이는 텔로미어

이것은 텔로머레이스가 그것을 가장 필요로 하는 가장 짧은 텔로미어를 타깃으로 할 수 있도록 만드는 간단한 통제 기제를 만들어 낸다. 텔로미어의 간단한 실과 같은 구조 때문에 가장 짧은 텔로미어가 노출이 되면서 연장될 수 있게 된다. 이것은 텔로머레이스가 최우선 순위 타깃을 찾을 수 있도록 하는 전적으로 수동적인 시스템이다. 복잡한 기계는 필요치 않다.

다시 한 번 줄다리기

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앞서 언급했던 텔로미어 단축자와 연장자 사이의 줄다리기에 대해 다시 생각해 보자. 자연적인 산물들과 조기에 합성된 텔로머레이스 유도 인자들로 인해 가장 짧은 텔로미어의 길이가 연장되더라도 가장 긴 텔로미어는 여전히 짧아지는 것 같다. 

그러나 전혀 아무 일이 벌어지지 않는 것보다는 낫다. 솔직히 말해서 훨씬 더 낫다. 텔로미어의 단축 속도를 줄이기 위해 항산화제 및 항염증제의 조합에 약하거나 중간 강도의 텔로머레이스 유도 인자를 합칠 수 있다면 텔로미어를 가능한 길게 유지할 수 있다.

결국 단축자와 연장자가 실제로 무승부인 교착 상태를 유발하고자 한다. 전 세계적으로 이미 그러한 교착 상태를 유발할 수 있는 것이 많다고 주장하는 사람들도 있을 수 있다. 그러나 그러한 주장은 모두 희망 사항이나 취약한 데이터를 토대로 한 것일 뿐이다. 유전자 치료의 유전자 전달 형태 말고는 텔로미어가 짧아지는 것을 멈출 수 있을 정도로 강력한 존재는 없다. 최소한 아직까지는 그렇다.

우리 팀은 모든 텔로미어를 실제로 연장해서 연장자들이 줄다리기에서 승리할 수 있을 정도로 높은 수준의 텔로머레이스를 유도하는 치료를 개발하고자 한다. 이와 관련하여서도 이미 그러한 제품들이 있다는 얘기를 들을 수도 있다. 그러나 그것은 사실이 아니다. 본 저서의 발표일을 기준으로 그러한 제품들은 전혀 존재하지 않는다. 

분명 그러한 주장은 있었을 것이다. 심지어 텔로미어의 길이를 측정하면서 등장한 증거들도 있었다. 그러나 공공연한 사실은 텔로미어의 길이를 측정하는 기술이 아직 초기 단계이며 아직은 상당히 부정확하다는 것이다. 1천 명의 텔로미어 길이를 측정할 때, 그러한 부정확성이 서로 상쇄하면서 텔로미어의 단축, 연령 및 건강 쇠퇴 간의 명확한 상관관계를 볼 수 있다. 그러나 1명의 텔로미어 길이를 측정하는 경우, 그 결과는 눈 가리고 다트판에 다트를 던지는 것과 다를 바 없다. 하지만 필자는 임계적으로 짧은 텔로미어의 비율을 측정하는 것은 평균 텔로미어 길이를 측정하는 것보다는 훨씬 더 유의미할 것이라고 생각한다. 

그래서 한 환자의 텔로미어가 특정한 치료의 결과로서 더 연장된 것으로 나타나는 텔로미어 길이 측정 결과들이 등장했던 것이다. 그러나 이는 해당 치료가 효과가 있어서가 아니라, 테스트가 부정확했기 때문이다. 부정확한 테스트를 할 때마다 테스트를 받은 사람들의 약 50%가 개선을 보고했고, 50%가 결과적으로 쇠퇴를 보고했을 수 있다. 그러나 개선된 결과를 얻은 사람들만이 결과를 공개할 것이고, 쇠퇴를 경험한 사람들은 아무도 모르게 결과를 숨길 가능성이 높다. 그 결과, 부정확한 테스트가 유의미한 테스트가 되는 잘못된 믿음이 발생하게 되는 것이다. 

의사는 환자들에게 텔로미어를 연장하는 약을 처방할 수 없다. 아직은 그렇다. 그러나 필자의 연구실에서는 15년간 꾸준히 주목할 만한 진전이 있었다. 그러므로 필자는 여러분에게 향후 수 년 뒤 이에 대해 검토해 보라고 말하고 싶다. 어쩌면 그보다 더 앞당겨질 수도 있다. 관련 연구 분야에 대한 자금 지원이 개선된다면 말이다.

의사들이
환자들에게
알려 줘야 하는 것

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필자는 본인의 연구를 추종하는 사람들과 이 책의 독자들 중에는 의학박사들도 있다는 것을 알고 있다. 만약 여러분이 의학박사라면, 이 부분은 특히 여러분을 위한 것이다.  ‘텔로미어’는 건강 및 의학 분야에서 새롭게 등장한 유행어이며 매우 흥미로운 존재이기도 하다. 여러분은 부모님들의 텔로미어를 연장할 수는 없지만 그것이 일시적인 유행일 뿐 거의 사기라고 말할 수도 없다. 텔로미어는 아직은 초기 단계에 해당되는 중요한 미래 의학 분야이다. 

그러나 초기 단계이기 때문에 잘 알지도 못하면서 관련 분야에 진출하려는 사람들이 있다. 그들은 잘못되었음을 알지도 못하면서 이런저런 방식으로 텔로미어를 연장할 수 있다고 말할 것이다. 그래서 필자는 사실을 말해 주고 싶다. 필자는 부모들이 질문을 할 수도 있는 세 가지 즉,  텔로미어 길이 측정, 텔로미어 보호, 텔로미어 연장에 대해서 말이다. 

텔로미어 길이 측정

우선 생체지표로서 텔로미어에 대해 얘기해보자. 부모가 “내 텔로미어의 길이를 알고 싶다”고 얘기한다면 뭐라고 말하겠는가? 다른 누군가가 말해 줄 수도 있겠지만 상당히 대답하기 쉽지 않은 질문이다. 연령에 따른 텔로미어 길이를 나타내는 그래프는 직선형 분포인 경우가 많다고 한다. 즉, 나이가 들면서 텔로미어는 더 짧아진다.

텔로미어 길이 측정은 대규모 집단에 대한 조사에 매우 유용하다. 10만 명을 관찰한다면 모든 부정확성이 자체적으로 상쇄되면서 상당히 분명한 회귀선이 나타나게 된다. 그러나, 적어도 이 책을 집필하는 시점에는 개인에 대한 결론을 도출하기에는 그다지 좋지 않다. 데이터가 지나치게 흩어져 있다. 자신의 혈액 샘플을 5개 채취하여 각 혈액에서 텔로미어 길이를 측정한다면, 십중팔구 완벽하게 다른 5가지 수치를 얻게 될 것이다. 

그림9-1 텔로미어 길이 vs. 연령

텔로미어를 측정하는 회사들 중에는 그렇지 않다고 주장하는 회사들도 있지만, 아직은 필요한 만큼 정확성을 갖춘 테스트들은 아직 개발되지 않았다. 

부모들의 텔로미어를 측정할 곳을 찾고 있다면, 현재 약 6가지의 다른 기술들이 사용되고 있다는 것을 알게 것이다. 그 중 다수가 평균 텔로미어 길이 측정을 토대로 한다. 하지만 앞서 설명한 바와 같이 평균적인 텔로미어 길이는 나이와 상관관계가 있을 수 있지만, 건강 문제에 대해서는 실상 중요한 생체지표는 아니다. 텔로미어 중에서 임계적으로 짧은 텔로미어가 얼마나 되는지가 훨씬 더 중요하다. 텔로미어는 임계적으로 짧아지기 시작하면서 게놈과 세포에 전반적인 피해를 주기 시작한다.

필자는 가장 짧은 텔로미어를 검토하기 위해 개발된 두 가지 프로토콜을 접해 본 적이 있다. 사실 지금은 그 중 하나만 상업적으로 제공되고 있다. 임계적으로 짧은 텔로미어의 비율을 측정하는 것은 환자의 혈액에서 평균적인 텔로미어 길이를 측정하는 것보다 더욱 정확하고 관련성이 있는 것으로 입증되었다. 그래서 텔로미어 길이를 측정하는 연구소를 찾고 있다면, 그들이 임계적으로 짧은 텔로미어의 비율을 측정하는지 물어봐야 한다. 그래야 환자들이 본인의 건강에 대해 좌절하거나 잘못된 낙관주의를 갖게 되는 일이 없도록 할 수 있다.

텔로미어 보호

지금 텔로미어를 보호하기 위해 할 수 있는 가장 중요한 노력은 더욱 건강한 라이프스타일을 가지는 것이다. 앞서 의사들이 수십 년간 피하고 있다고 알려진 흡연, 비만, 지나친 스트레스 및 그와 유사한 건강에 좋지 않은 관행들이 텔로미어 단축을 가속화할 수 있다고 설명했다. 이러한 라이프스타일과 관련된 요인들로 인해 사람들이 ‘젊은 나이에 죽는다’고들 하는데 사실은 그보다 더 나쁜 결과를 초래한다. 사람들을 ‘늙어서 죽게’ 할 것이다. 예정보다 더 이른 시기에 말이다. 필자는 개인적으로 ‘텔로미어’ 길이에 대한 라이프스타일 및 심리적 효과와 관련하여 세계적으로 저명한 엘리사 에팰Elissa Epel 박사와 얼마 전 노벨상을 수상한 엘리자베스 블랙번Elizabeth Blackburn이 최근 발표한 저서인 <텔로미어 효과The Telomere Effect>를 꼭 읽어 보라고 추천하고 싶다. 필자는 암과 지구력 운동에 대해서는 그들과 의견이 다르지만, 그 책은 라이프스타일을 통한 텔로미어 연장과 관련된 저서 중 단연코 최고라고 생각한다. 모두 환자들에게 지금 바로 실행하라고 권장할 수 있는 내용들이다.

운동이 특히 중요하다. 지금까지 지구력 운동을 많이 할수록 텔로미어 길이가 연장된다는 결론을 내린 논문들이 최소 10건 있었다. 그 중 샘플에서 ‘수확체감 지점point of diminishing returns’을 파악한 연구는 단 1건도 없었다. 여러분은 약간의 운동은 좋지만 지나친 운동은 나쁘다는 주장을 들은 적이 있을 것이다. 하지만, 그 연구들은 그와 같은 주장을 뒷받침하지 않는다. 지구력 운동을 하는 선수들 (달리기 주자, 사이클리스트, 수영선수 등)은 체육관에서 1주일에 여러 차례 운동을 하는 사람들보다  텔로미어가 길고, 후자는 주로 앉아 있는 사람들보다 텔로미어가 더 길다. 신체가 망가질 정도로 운동을 하는 사람들 즉, 결승전을 넘어서 무릎을 꿇고 토하는 사람들은 텔로미어 길이와 관련하여 전혀 도움이 되지 않는 행동을 하고 있지만, 일반적으로 필자와 같이 지구력 운동을 규칙적으로 움직이는 명상으로 취급하는 사람들은 텔로미어 길이와 관련하여 상당한 이익을 얻을 수 있을 것이다. 그렇다면 운동을 더 많이 하는 게 좋다. 

스트레스를 해소하는 것도 생각보다 훨씬 더 중요하다. 의사들은 오랫동안 스트레스가 심혈관 문제로 이어질 수 있다는 것을 알고 있었고, 제멋대로 구는 자녀들 때문에 부모가 새치가 난다는 농담도 있었다. 그러나 최근 스트레스가 실제로 생물학적 노화를 유발한다는 것이 분명해졌다. 엘리사 에펠Elissa Epel은 알츠하이머 환자들이 생활 연령의 측면에서 평균적인 사람들보다 텔로미어가 더 짧다는 것을 발견했다. 아동기 때 학대를 받은 성인들도 그와 마찬가지로 일반적인 인구집단에 비해 텔로미어가 더 짧았다. 모든 스트레스 상황을 다 피할 수는 없지만, 살면서 피할 수 있는 스트레스가 있다면, 되도록 피하면서 더욱 오랫동안 젊음을 유지하도록 해라.

우울증과 단순한 비관도 텔로미어 단축을 가속화할 수 있다. 스스로를 비관적이라고 생각하는 사람들이 스스로를 낙관적이라고 생각하는 사람들보다 텔로미어가 더 짧다는 것을 보여 주는 연구가 2건 있었다. 스트레스와 마찬가지로 슬픔은 체내에서 이상적인 건강을 유지하는 데 도움이 안 되며 시간이 지나면서 텔로미어 단축과 조기 노화를 유발하는 호르몬을 분비한다.

건강한 식단은 환경적 요인들에 의해 텔로미어 단축이 가속화되는 것을 지연시키는데 도움이 되겠지만, 대부분의 사람들이 이상적인 식단을 섭취하고 있지 않다. 그러나, 과학적으로 동료들의 검토를 거친 상당수의 연구를 통해 텔로미어 단축의 가속화를 막는 것으로 파악된 보조제로 오메가3, 비타민D, 항산화제가 있다. 이들을 섭취하면 섭취하지 않는 사람보다는 텔로미어를 길게 유지할 수 있다. 필자는 이러한 보조제들과 관련하여 논문을 발표한 필자들과 얘기를 나눈 적이 있다. 그들은 필자에게 다음과 같이 추천했다. 

오메가3의 경우, 비교적 평균 몸집의 성인이라고 가정하면, 하루에 EPA 1.4그램과 DHA 1그램을 섭취하면 된다. 그걸로 충분하다. 

비타민D의 경우, 병원에서 정기적으로 혈액 검사를 하면 도움이 된다. 혈내 비타민D 수준이 밀리미터당 60~100 나노그램이 될 때까지 하루에 5천~1만 IU를 섭취하고, 그 다음부터는 약 5천 IU를 유지하는 수준으로 섭취량을 줄인다. 일반적으로 비타민D 수준이 적정 수준에 이르려면 약 한 달 정도의 시간이 걸린다.

항산화제는 가장 복잡한 요소이며 이를 과잉 섭취하면 신체에서 산화촉진제가 활성화될 수 있다. 일반적으로, 병에 적힌 용량만큼 섭취하는 것이 가장 좋다. 

이러한 모든 권고사항을 환자들에 대한 의학적 자문으로 받아들여서는 안 된다. 필자는 의학박사가 아니라 생물학박사이며, 이것은 필자가 의학박사들에게 하는 조언이다. 의학박사들은 특정 환자들의 수요에 맞춰 어떤 자문을 제공할지 결정해야 한다. 텔로미어 보호 치료를 시작할 계획이라면, 의사에게 말해라. 단, 의사에게는 필자와 먼저 얘기하라고 해라.

그림9-2 빌(Bill)과 그의 부친

텔로미어 연장

시중에는 노화를 역전시킬 뿐 아니라 텔로미어를 연장한다는 제품들이 많다. 직설적으로 말해서 이 책이 출판되는 시점에는 시중에 순수한 역전 효과와 관련하여 자연적인 단축보다 더 빨리 노화를 역전시키거나 텔로미어를 연장하는 제품은 없다. 

그렇다고 해서 그 제품들이 전혀 가치가 없는 것은 아니다. 필자도 그 제품들 중 몇 가지를 섭취하고 있다. 필자는 테리 그로스만Terry Grossman 박사가 “영원히 살 수 있을 정도로 충분히 오래 살아라.”라는 말을 믿는다. 과학은 향후 인간 노화를 통제하거나 역전시킬 수 있을지도 모르는 지점에 와 있다. 보조제를 섭취해서 6주를 더 살 수 있다면, 6년 더 생명을 연장할 수 있는 보조제를 먹을 수 있을 정도의 젊음과 건강을 유지할 수 있고, 또 그러다 보면 60년 더 생명을 연장할 수 있는 보조제를 먹을 수 있을 만큼 젊음과 건강을 유지할 수 있을 것이다. 

따라서 필자는 다음을 강조해야 할 것 같다. 시중에는 순수하게 텔로미어 연장 효과를 유발하는 제품들은 없지만, 그렇다고 해서 출시된 모든 제품들이 엉터리는 아니다. 필자는 시중에 판매되는 일부 제품과 보조제에 대한 검사 및 동료 검토 연구에 참여한 적이 있으며, 그 중 일부는 텔로미어 연장에 긍정적인 효과가 있다고 확인했다. 

필자는 이 책에서 특정한 제품을 권하지는 않을 것이다. 이 책은 약품 안내 책자가 아니라 교육 자료이기 때문이다. 그러므로 여러분이 직접 조사해 보기 바란다. 단, 일반적으로 현재 체내에서 텔로미어 단축 속도를 지연한다고 주장하는 시중의 보조제들에 대해서는 지나치게 낙관하거나 비관해서는 안 된다. 노화를 역전시킬 수 있는 제품은 없지만, 그런 제품들을 선택 및 섭취한다는 것이 시간과 돈 낭비는 아니다. 

텔로머레이스는
암을 유발하지 않는다

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필자가 이 책을 쓰는 이유 중 하나는 텔로미어 연장 과학과 기술을 추구하는데 있어서 왜 열렬한 대중의 관심이 필요한지 설명하기 위해서이다. 노화 역전은 과학 소설이 아니라 실제로 우리가 죽기 전에 결실을 맺을 수도 있는 것이다. 따라서 대중이 이 분야에 대해 열렬한 관심을 쏟아 붇는데 가장 큰 장애물 중 하나인 루머 즉, 텔로머레이스를 유도하면 암이 유발될 것이라는 루머부터 처리해야 한다. 

단지 현대 문화와 과학의 관계로 인해 어떤 면에서는 그러한 루머가 있을 수밖에 없다. 수 세기 동안 노화 치료는 사실이라고 믿기에는 너무나 의심스러운 ‘악마와의 거래’라고 비난하는 문헌들이 발표되었다. <도리언 그레이의 초상>부터 <터크 애버래스팅>, <죽어야 사는 여자>와 같은 영화들처럼 비교적 가벼운 작품에 이르기까지 소설 속의 노화 역전은 항상 그에 따른 조건이 있었고, 그 조건들은 상당히 치명적이었다. 따라서 그러한 이야기들의 ‘교훈’은 항상 생명 연장이란 상당히 끔찍한 생각이며, 순리대로 늙어 죽기로 하는 사람들이 궁극적으로 더욱 행복해질 것이라는 것이었다. 

텔로머레이스 유도가 암을 유발한다는 잘못된 생각은 고대 서사와 상당히 잘 들어맞는다. 따라서 텔로머레이스와 암이 같은 선상에 있다는 최소한 징후가 발견되었을 때 사람들은 그에 집착하게 된다.

필자는 그러한 징후가 최초로 드러났을 때 바로 그 현장에 있었다. 제론 사에서 인간 텔로머레이스를 발견한 연구를 지휘하면서, 텔로머레이스를 추출하여 인간 피부 세포에 주입하였고, 거기에서 텔로머레이스는 자연적으로 발현되지 않았다. 또한 노화되지도 않았고 건강이 쇠퇴하지도 않은 것을 파악했다. 그러나 텔로머레이스의 안티센스라고도 하며 텔로머레이스 생성을 막는 상보적 DNA 가닥을 추출하여 암 세포에 주입했더니 암세포가 특히 노화의 가속화로 인해 죽는 것을 파악했다. 그보다 더 유익했던 것은 같은 치료가 일반 세포에는 아무런 영향을 미치지 않았다는 것이다.

처음에는 암 치료법을 발견한 것 같았지만 알고 보니 처음에 생각한 것만큼 그리 간단하지는 않았다. 그러나 현재 임상 실험들에서 텔로머레이스 억제제를 사용하고 있기 때문에 텔로머레이스 유도는 여전히 암 치료를 위한 주요 타깃이다. 필자는 이 연구를 통해 1997년 올해의 발명가상 2등을 수상했다. 우리 팀은 사실 잠재적인 암 치료를 발견한 것 같았다. 

그러나 그러한 실험들도 텔로머레이스가 암을 유발한다는 루머의 근원이 되었다. 몇몇 사람들이 그 실험들에 대한 문건을 읽고 텔로머레이스 억제가 암을 치료한다면 텔로머레이스 유도는 암을 유발할 것이라는 섣부른 결론을 내렸다. 이러한 논리는 그다지 바람직하지 않으며 철저하게 비과학적이다. 단, 그들에게는 절대적인 사실처럼 느껴졌을 수도 있다. 

무엇보다 텔로머레이스가 과연 암을 유발할 것인지와 관련하여 질문을 제기할 때 모두 항상 간과하는 듯한 문제가 하나 있다. 그것은 바로 우리는 ‘텔로머레이스 결핍’이 전적으로 암을 유발한다는 것을 이미 확실히 알고 있다는 것이다. 텔로머레이스의 암 유발 가능성에 대해 시사하는 모든 연구 중에서 텔로머레이스 결핍이 실제로 암을 유발한다는 것을 밝힌 연구는 1백 건 정도이다.

그림10-1 저울: 텔로머레이스가 암을 유발할 수 있음을 시사하는 연구들 중에서 텔로머레이스 결핍이 암을 유발한다는 것을 발견한 연구는 1백 건 정도이다.

즉 “텔로머레이스가 암을 유발하는가?”라는 질문은 거의 무관하지 않은가? 텔로머레이스가 암을 유발하더라도, 텔로머레이스를 활성화하거나 억제할 수 있다. 세 번째 옵션은 없다. 그러므로 이제는 “텔로머레이스가 암을 유발하는가?”가 아니라 “텔로머레이스가 텔로머레이스가 결여된 경우보다 더 암을 유발할 가능성이 높은가?”여야 한다.

텔로머레이스는 전혀 암을 유발하지 않기 때문에 질문에 대한 답은 당연히 ‘그렇지 않다’이다. 오히려 텔로머레이스는 암을 예방할 수 있다. 대부분의 암은 텔로머레이스에 의해 유발되기 보다는 오히려 텔로머레이스를 활성화했다. 즉, 정반대이다. 암 세포가 그들의 텔로미어를 단축하여 돌연변이 비율을 극적으로 높이면서 텔로머레이스 유전자를 활성화하는 염색체 재배열 같은 돌연변이를 찾음으로써 텔로머레이스를 생성했다. 

하지만 섣부른 판단일 수도 있다. 더 자세히 설명하자면, 염색체 재배열을 포함하여 인간 세포 내 돌연변이의 가장 큰 원인 중 하나는 짧은 텔로미어이다. 다시 말하자면, 텔로미어는 신발끈과 상당히 비슷하다. 신발끈의 캡이 짧아지면 신발끈은 망가진다. 염색체도 마찬가지이다. 텔로미어가 짧아지면 염색체가 망가지기 시작한다. 이는 일반적으로 현미경으로 보았을 때 염색체 재배열로 보인다. 텔로미어 길이가 짧은 일반 암 세포에서는 수백 건의 염색체 재배열과 간단한 현미경으로는 볼 수 없는 비교적 작은 돌연변이가 수만 건을 발생하는 경우가 많다. 텔로미어가 짧아지면서 즉, 하나의 극적인 사건에 의해 수십에서 수백 개의 군집 DNA 재배열이 발생할 때, 일반적으로 염색체 파열chromothripsis이라는 현상도 나타난다. 사실, 염색체 파열이라는 단어는 유전적 손상이 매우 심각하기 때문에 ‘염색체의 흩어짐’이라는 의미의 그리스어 접사에서 파생된 것이다. 염색체 파열은 실제로 염색체에 피해를 준다. 수많은 돌연변이가 상당히 자주 발생하면서, 암 세포가 거의 상상할 수 있는 갖가지 형태로 변이될 수 있다. 따라서 대부분의 암은 항암화학요법 이후 다시 재발하게 된다. 물론, 항암화학요법은 암 세포의 99.9%를 죽이지만, 그 중 일부는 항상 돌연변이를 통해 항암화학요법을 견뎌 내고 결국 암이 재발하게 된다. 그뿐만이 아니다. 돌연변이가 텔로머레이스 프로모터를 억제하거나 DNA를 재배열하면서 텔로머레이스 유전자가 완전히 다른 프로모터에서 발현되도록 하거나, 일반적으로 대안 텔로미어 연장 (ALT) 경로라고 하는 텔로미어를 연장하는 대안적인 방식을 유발한다. 따라서 텔로미어를 단축함으로써 암 세포를 죽이는 것은 상당히 지나친 듯하다!

현재 공개된 과학적 문헌들에 따르면, 텔로머레이스를 억제하여 암 세포의 텔로미어를 임계적으로 단축함으로써 암을 치료하는 경우 ALT 경로를 통해 텔로미어 길이를 유지하는 돌연변이들이 암 재발을 유발한다는 확실한 근거가 있다. 계속해서 상황은 더욱 악화될 것이다! 짧은 텔로미어가 암 세포의 전이를 유발하는 돌연변이를 유도하여 신체 전반적으로 암이 퍼지게 될 것이다. 

암에 대한 최고의 방어기제는 면역체계임을 잊지 말아야 한다. 면역체계 또한 암에 대항하려면 세포분열을 상당히 많이 거쳐야 하고 세포분열은 텔로미어 단축을 유발하기 때문에 텔로미어가 짧으면 상당히 어려운 상황이 전개될 것이다. 상당히 빠른 속도로 면역세포 내의 텔로미어가 짧아지면서 암에 저항할 수 있는 능력을 상실할 것이다. 이를 면역성 노화라고 한다. 

그러면, 현재까지 파악된 내용은 과연 무엇인가? 바로 짧은 텔로미어는 좋지 않다는 사실이다. 그래서 필자는 항상 “텔로미어가 짧아지면 나쁜 일이 발생할 것이다!”라고 말한다.

이제 “텔로머레이스가 암을 유발하는가?”라는 질문으로 돌아가보자. 필자는 과연 텔로머레이스가 어떻게 암의 원인이 될 수 있을지 상상할 수도 없다. 그러나, 텔로머레이스가 아주 소형의 새로운 암 세포를 더욱 건강하게 할 수 있다는 시나리오 정도는 상상해 볼 수가 있다. 우리가 섭취하는 식품을 비롯해서 그러한 상황을 유발하는 것들은 많다. 그렇다면 암 세포를 퇴치하기 위해서 굶어 죽어야 하나? 당연히 그렇지는 않다. 그러나, 텔로머레이스가 암을 유발하거나 암을 건강하게 한다고 비난할 때 자주 간과하는 사실은 텔로머레이스가 면역세포 내 텔로미어를 연장하여 면역체계를 강화함으로써 면역체계가 암 세포를 파괴할 수 있는 능력을 개선할 것이라는 점이다.

그렇다, 만약 암 세포가 체내에서 텔로머레이스를 발현하는 유일한 세포라면, 정말 난감한 문제일 것이다. 그러나, 그것이야말로 이미 겪고 있는 문제이다. 암이 감지될 수 있을 정도로 커지면 이미 텔로미어가 짧아져서 암이 노쇠에 굴복할 수 밖에 없을 정도로 세포가 분열 되었어야 한다. 그러나 암은 텔로머레이스 유도나 ALT에 의해 텔로미어 길이를 유지할 수 있도록 돌연변이로 변신하면서 노쇠하지 않는다. 마치 두 군대가 전투를 하는데 그 중 하나만 무기를 가진 셈이다. 그러므로 체내의 나머지 세포들에 텔로머레이스를 유도하면, 면역체계가 암에 이길 수 있는 저항력을 갖추게 될 것이다. 

앞서 말한 바와 같이 텔로머레이스가 암을 유발할 수 있음을 시사하는 연구들은 중에서 텔로머레이스 결핍이 암을 유발한다는 것을 발견한 연구는 1백 건 정도이다.

현재 메타분석을 포함하여 암이 긴 텔로미)가 아니라 짧은 텔로미어로 인해 유발된다는 것을 보여 주는 연구들이 많다. 그러나 최근 텔로머레이스가 암의 원인임을 증명하려는 연구들은 긴 텔로미어와 관련된 유전자 변종들의 존재에 대해 검토했다. 그 중 일부는 이러한 유전자 변종의 존재가 암에 걸릴 위험을 높인다는 것을 파악했다. 그러나 해당 연구논문의 필자들은 유전자 변종이 세포 내에서 다른 텔로미어와 무관한 사건들로 인해 암을 유발하지 않았음을 증명할 수는 없었다. 그들은 또한 실제 텔로미어 길이를 측정하지 않았다. 그래서 필자는 유전자 변종들에 대해 더욱 자세한 내용이 파악되기 전까지는 그러한 연구들에 가중치를 부여하지 않을 것이다. 

이제 암 유발과 관련된 논란에 대해 결론을 내리고 싶다. 필자의 견해로는 암에 대처하는 최고의 방법은 텔로머레이스를 억제하여 텔로미어 단축을 막는 것이 아니라 텔로머레이스를 유도하여 텔로미어를 연장함으로써 면역체계를 강화하는 것이다. 이 치료를 텔로미어를 단축시키지 않고 텔로머레이스에 긍정적인 세포들을 죽이는 텔로머레이스 독과 조합한다면, 훨씬 더 좋을 것이다. 환자들에게 동시에 두 가지 치료를 하지는 말라. 하지만, 암을 예방하는 최고의 방법은 텔로머레이스를 유도하여 암을 유발하는 짧은 텔로미어에 의한 돌연변이를 대폭 줄이는 것이다.

진화론적 토대

그렇다면, 왜 텔로미어는 짧아지는 걸까? 마치 더욱 오래도록 건강한 삶을 살 수 있게 된다면 상당히 끔찍한 일이 벌어지게 될 것 같다. 일부 과학자들 사이에서 인기 있는 한 가지 가설은  텔로미어 단축이 사실은 항암 기제라는 가설이다. 이 가설은 텔로미어 가 암이 특히 위협적이지 않은 수준으로 단축되며, 노화 자체가 암 예방의 부작용일 수 있다는 것이다. 

하지만 필자가 텔로미어와 암에 대해서 설명한 내용을 다 읽었다면 이러한 가설이 말도 안 된다는 것을 알았으면 한다. 텔로미어 단축은 암 치료에 매우 비효율적인 방법이다. 

“텔로미어는 왜 짧아지는 걸까?”라는 질문에 답하려면 진화에 대해 더욱 진지하게 이해해야 한다. 진화는 건강한 장수와는 관련이 없다. 진화는 항상 빠르게 변하는 환경 속에서 생존할 수 있을 정도로 유전자를 이전하며 유전자를 전달할 수 있는 가능성을 높일 뿐이다. 유전자는 자손이 연장자들과 번식하기보다는 서로간에 번식할 때 훨씬 더 효율적으로 전달된다. 진화는 또한 자손들이 더 많은 자손을 생산할 수 있을 정도로 건강하게 살아가는 것과 관련이 있다. 

그러나, 자손을 양육하고 나면, 그 자손들의 모체에게 방해가 된다. 자손들과 음식, 짝, 현대 인간들의 경우에는 일에 대해 경쟁하게 된다. 따라서 빠르게 변하는 환경 속에서 종들이 성공적으로 생존하려면 항상 이전 세대를 ‘없애야’ 한다. 즉, 요지는 진화의 관점에서는 장수의 이점은 자손을 양육하는 것 말고는 없다. 따라서 인간, 다른 영장류, 강아지, 고양이, 말, 양, 돼지, 사슴의 경우, 모두 텔로미어 단축이라고 하는 이전 세대를 없애는 기제를 진화시켰다. 그러나 쥐들과 같은 설치류들은 전적으로 다른 기제를 진화시켰다. 그들에게는 실상 텔로미어 단축이 발생하지 않는다. 게다가 모든 세포가 텔로머레이스를 생성한다. 설치류들은 일반적으로 산화 스트레스 및 미토콘드리아 기능 장애로 인한 건강 쇠퇴로 죽는다. 즉, 태어날 때부터 체내에서 여러 방향으로 기계 총을 쏘는 사수를 가지고 태어나 온몸에 구멍이 뚫려 죽는 것과 같다.

또한 이 지구상에는 노화를 감지할 수 없는 동물들이 있다. 그러한 종들은 이전 세대를 없애는 분명한 기제가 결여되어 있음에도 불구하고 생존했다. 여기에는 가재, 거북이, 대합조개 및 고래 등이 포함된다. 이들 모두 모든 세포에서 텔로머레이스를 생성하며 텔로미어가 단축되지 않는 것으로 파악되었다. 뿐만 아니라 암이나 기타 질병을 거의 겪지 않는다. 

그렇다면, 이 동물들은 과연 얼마나 오래 살까? 아직은 잘 모르겠다. 대부분의 동물들은 나무의 나이테처럼 셀 수 있는 게 없다. 대부분 나이를 파악하려면 그 동물들이 태어나서 우리나 수족관에 갇힐 때부터 관찰하는 수밖에 없다. 다윈이 등장하고 나서야 그러한 생각을 대두되었지만, 지금까지 사람들은 이 동물들을 150년 이상 동안 지켜봐 왔으며 노화의 징후를 전혀 감지할 수 없었다. 

대개 이 동물들의 나이를 파악할 수는 없지만, 한 가지 흥미로운 예외가 있다. 바로 대합조개다. 대합조개의 경우 나무처럼 조금씩만 자라며, 매년 나이테처럼 새로운 ‘줄’이 생긴다. 최근 줄이 5백개 이상인 대합조개가 발견되면서 콜럼버스가 신대륙을 발견하던 시대부터 살아있었던 것으로 추정되었다.

당시에는 늙어 죽는다는 것이 불가피한 것이 아닌 듯했다. 불로장생은 자연스러운 것이 아니라고 주장하는 사람들이 있을지도 모르지만, 관찰을 통해 파악한 바와 같이 많은 동물들이 노화 과정을 겪지 않는다는 점에서 불로장생이란 전적으로 자연스럽게 느껴진다. 곧 인간도 그 대열에 합류하게 될 듯하다.

결론

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노화 치료는 존재한다. 가능하다. 결국 가능하게 될 것이다. 선견지명이 있었던 사람들이 1980년대 초반이나 인터넷의 부흥을 자신 있게 예측할 수 있었던 것처럼 노화 치료도 전적으로 가능하다고 자신할 수 있는 개념적인 증거가 충분하다. 수많은 구체적인 요소들에 대해 아직 완벽한 연구가 진행되지 않았고 앞으로 과학자들과 공학자들이 해야 할 일들이 상당히 많지만, 현재 다음 세 가지 사항만은 확실하다:

1) 세포가 노화하기 때문에 인간이 노화한다

2) 세포는 세포 내 노화의 시계 때문에 노화한다

3) 노화의 시계는 살아 있는 인체 내에서도 다양한 방식으로 바뀔 수 있다.

또한 필자의 전문가적 견해로는 다음 네 번째 사항에 대해서도 반론을 제기할 수 없을 듯하다:

4) 텔로미어가 바로 그 시계이다. 모두 알고 있는 것처럼 텔로미어가 단축되면서 노화가 발생한다. 텔로미어를 연장하면 노화를 방지하거나 역전시킬 수 있다. 

수백 년간 연구 끝에 드디어 불로천Fountain of Youth을 발견했다. 지도에서 확실히 가리킬 수도 있다 (인간 세포의 다이어그램으로 판명된 지도). 단지 ‘과연 우리가 거기에 도달할 의지가 있는가? 그 불로천의 물을 마실 것인가? 그러한 의지가 없다면 전혀 효과가 없을 것이다, 그에 대해 지지하고 투자하는 사람들은 상당히 당황할 수도 있다, 부작용이 있을지도 모른다, 일부 사회제도가 노화와 사망에 의해 좌우될 수도 있다 등의 질문으로 시간을 허비할 것인가, 수 세대에 걸쳐 자연스럽게 수명을 연장하자는 입장과 노화에 따른 고통스러운 죽음을 고수해야만 한다는 입장 사이의 논쟁으로 시간을 낭비할 것인가?’라는 질문만이 남아 있을 뿐이다.

필자는 위와 같은 질문들에 답할 수 없다. 필자가 주관적으로 답할 것이 아니라 모두 함께 답해야 할 질문들이기 때문이다.

씨에라 연구소(Sierra Sciences)팀. 2017년

원제 

<Telomere Lengthening-Curing all diseases including cancer and aging>

Dr. Bill Andrews & Jon Cornell

번역 및 감수_신득용 교수

단국대학교 의과대학 의예과 교수

서울대 암연구소 세포주기 책임교수

국책 노화-암화 제어연구 총괄연구책임자

노화-세포주기 국가지정연구실 연구책임자

한국노화학회장

노인과학학술 단체부회장