[2018 UGRP 우수연구]'Small RNA 치료제의 개발'

2019 UGRP 프랜시스 크릭 코스 'Small RNA 치료제의 개발'

척추측만증 치료제로서의 Small RNA 가능성 고찰

남홍길 교수(뉴바이올로지 전공)와 김지은(‘16), 오수찬(‘16), 이동호(‘16), 정태근(‘16), 황정아(’16)학생이 ‘Small RNA 치료제의 개발’을 주제로 연구를 진행하였다. ‘Small RNA 치료제의 개발’은 2018 UGRP 프랜시스 크릭 코스 과제이다. 이 연구는 UGRP 위원회 제안 주제로 연구를 수행하는 Top-Down과제이다. 2018 UGRP 우수 과제상을 수상하였다.

이 연구의 주요 목표는 small RNA가 노화 증상을 조절할 수 있는 의약품으로서의 가능성이 있는지 확인하는 것이다.

Small RNA란 무엇일까? Small RNA는 길이가 200nt, 즉 200개 이하의 염기로 구성된 비암호화 RNA분자를 말한다. 이런 Small RNA는 micro RNA, small interfering RNA등 여러 종류가 있다. Small RNA는 다양한 유전자를 전사 후 과정에서 통제하는 역할을 하기 때문에, 생명현상의 주요 조절인자로 알려져 있다. 특히, small RNA는 노화 과정에서 양이 증가하거나 감소하는데, small RNA가 노화의 지연, 또는 촉진에 관여한다고 한다.

쉽게 말해, small RNA를 ‘체내에 다수 존재하는 RNA조각’으로 이해할 수 있을 것이다.

Small RNA 개념도 <제공=Small RNA팀>

본 연구진은 circulatory tRNA half 라는 small RNA에 집중하였다. 이 small RNA는 혈액 속 small RNA중 가장 많은 비율을 차지한다. 이 small RNA는 노화에 따라 발현량이 변화한다.

본 연구진은 앞서 이야기한 circulatory tRNA halves가 노화에서 어떤 역할을 하고 있는지 알아내기 위해 연구를 진행하였다. tRNA의 양이 변하면 노화속도가 변하는지, 변한다면, 이 small RNA가 노화 증상 치료제로서 가능성이 있는지 알아내고자 했다. 앞으로 기사에서 언급하는 tRNA는 circulatory tRNA halves를 의미한다.

더욱 간단히 표현하면, ‘생명체가 늙으면 tRNA의 양이 변한다. 그렇다면, tRNA의 양을 젊었을 때처럼 만들어 준다면, 실제로 우리가 젊어질까?’ 를 밝히는 것이 이 연구의 목적이다.

연구진은 쥐를 사용하여 실험을 진행하였다. 생명윤리를 존중하기 위해, 최소수량의 쥐를 사용하였으며, 쥐의 신체능력을 측정할 때도, 휴식시간을 충분히 부여하였다.

tRNA의 양을 인위적으로 조절하기 위해, 연구진은 노화와 밀접한 관계를 가진다고 보여지는 tRNA를 제작하여 쥐에게 주입하였다. 쥐를 두 그룹으로 나누어, 한 그룹에는 제작된 tRNA를 쥐에게 꾸준히 주입하여 체내 tRNA양을 조절하였다. 나머지 한 그룹에는 무작위 서열 tRNA, 즉 노화와 관계 없어 보이는 것으로 여겨지는 tRNA를 주입했다. 그리고 두 그룹의 노화 과정에 어떤 차이가 있는지 관찰하였다.

‘늙는다’는 것은 어떻게 정의할 수 있을까. 연구진은 네가지의 기준을 정하였다. ▲탈모 ▲운동능력 ▲체내 대사량 ▲척추측만증으로 기준을 정해 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지 관찰하였다.

<탈모>
tRNA가 주입된 쥐는 그렇지 않은 쥐에 비해 나이가 들어서도 건강한 모발을 가지게 되었을까. 노화가 일어나며, 털은 본래의 구조를 잃어버리고, 약해지게 된다. 연구진은 모발이 얼마나 건강한지 측정하기 위해 주사전자현미경을 활용하였다. 연구진은 주사전자현미경으로 털의 세부구조를 관찰하였지만, 두 그룹간에 큰 차이점을 발견할 수 없었다.

<운동능력>
사람과 마찬가지로, 쥐도 늙으면 운동능력이 감퇴한다. 운동능력을 확인하기 위해 연구진은 앞다리 힘을 측정하고, 근지구력, 평형감각을 측정하였다. 두 그룹 사이에 뚜렷한 차이는 확인할 수 없었다.

<체내 대사량>
체내 대사량 감소는 주요 노화 증상으로 잘 알려져 있다. 연구진은 대사량 측정장비를 이용해 tRNA 주입이 대사량 감소에 영향을 주었는지 알아보았다. 두 그룹의 기초대사량을 비교한 결과 큰 차이가 없었다.

<척추측만증>
쥐도 사람과 마찬가지로 노화하면서 등뼈가 굽는다. tRNA가 쥐의 허리굽음에 영향을 주는지 알아보기 위해 연구진은 micro-CT를 사용하여 쥐의 뼈 구조를 관찰하였다. 아래 그래프는 tRNA주입 후 경과시간에 따른 척추 측만 각도를 나타낸다. 빨간 선이 tRNA가 주입된 경우이다. tRNA가 투여된 지 2개월이 지나면서부터 등이 천천히 굽는 것을 확인할 수 있다.

사진에서도 결과가 확연히 드러난다. 아래 사진의 위쪽 쥐가 tRNA를 투여한 쥐, 아래쪽이 임의 서열을 투여한 쥐이다. 위쪽 쥐의 허리가 더 곧은 것을 확인할 수 있다.

tRNA 주입 후 2개월이 지난 모습(왼쪽), tRNA 주입후 경과 시간에 따른 허리굽음 각도(오른쪽) <제공=Small RNA팀>

이 연구에서 연구진은 tRNA half가 노화로 인해 발생하는 척추측만증 치료제로서의 가능성이 있다고 밝혔다. 향후에는 tRNA half의 양과 노화현상이 어떤 관계를 보이는지 알아볼 계획이라고 한다. 더 나아가 이 tRNA half가 확실한 효과를 보일 경우, 인간에게도 적용해 볼 것이라고 한다.

연구에 참여한 이동호 학생('16)에게 앞으로 UGRP를 진행할 후배들에게 전하고 싶은 말을 물었다. “그 과정 자체가 항상 순탄하지만은 않다. 연구를 진행하다 보면 앞에 무수히 많은 길이 있어 도저히 어디로 어떻게 나아가야 할 지 모를 때도 있고 잘 진행했다고 생각했는데도 다시 처음으로 돌아가야 할 수도 있다. 그러나 그것은 당연한 것이고 오히려 그로부터 많은 것을 배울 수 있었다”고 소감을 밝혔다.

김승규 기자 seunggyu@dgist.ac.kr