뉴스 | 혼합 미토콘드리아 DNA가 건강과 수명에 영향을 줄 수 있다고 경고한 스페인 연구
스페인 국립심혈관연구센터(CNIC)의 연구에서 서로 다른 출처의 미토콘드리아 DNA(mtDNA)가 섞일 경우 장기적으로 심각한 건강 영향을 미칠 가능성이 확인되었습니다. Circulation에 게재된 이 연구 결과는 미토콘드리아 중재에 관한 중요한 과학적 근거와 안전성 경고를 제시합니다.
‘세 부모 아기’ 기술의 우려
미토콘드리아 DNA는 세포 내 미토콘드리아에 존재하며 모계로 유전되는 유전 물질로, 37개의 유전자로 구성됩니다. 최근에는 미토콘드리아 대체요법(MRT)과 세포질 주입 같은 보조생식기술을 활용해 모계 유전 질환의 전달을 막거나 난임을 치료해 왔습니다. 이러한 기술은 일반적으로 환자의 난자에 기증자의 미토콘드리아를 도입하며, 이를 흔히 ‘세 부모 아기’라고 부릅니다.
연구 책임자인 산화적 인산화 시스템 유전학(GENOXPHOS) 그룹장 호세 안토니오 엔리케스 박사는 “이 기술은 처음에는 건강한 어린 개체가 태어난 동물 모델에서 성공적인 것으로 보였습니다. 그러나 장기 관찰 결과 성체기에 심부전, 폐고혈압, 근육 소실, 쇠약, 심지어 조기 사망을 포함한 심각한 문제가 확인되었습니다”라고 말했습니다.
서로 다른 출처의 미토콘드리아 DNA 혼합으로 인한 대사 손상
정상적인 상태에서는 세포의 mtDNA가 대개 하나의 출처에서 유래하며, 이를 동질성(homoplasmy)이라고 합니다. 이질성(heteroplasmy)이라고 하는 혼합 mtDNA는 매우 드물고, 흔히 돌연변이로 발생하며 다양한 질환을 일으킬 수 있습니다.
이번 연구에서 연구진은 처음으로 서로 다른 출처의 지극히 정상적인 mtDNA 두 종류를 생쥐에 도입했습니다. 장기 모니터링 결과 다음과 같은 사실이 확인되었습니다.
대부분의 조직은 동질성을 유지하기 위해 한 종류의 mtDNA를 점차 제거했습니다.
그러나 심장, 폐, 골격근과 같은 주요 장기는 외래 mtDNA를 효과적으로 제거하지 못해 지속적인 미토콘드리아 기능 이상이 발생했습니다.
이러한 조직은 혼합 mtDNA에 적응하지 못했고, 그 결과 대사 기능 저하, 조직 노화 가속화, 사망률 증가가 나타났습니다.
생쥐는 어릴 때 뚜렷한 증상을 보이지 않았지만 시간이 지나면서 미토콘드리아 대사가 저하되고 명확한 장기 손상이 발생해 혼합 mtDNA의 잠재적인 장기 독성이 확인되었습니다.
미토콘드리아 DNA는 왜 어머니에게서만 유전될까? 과학이 답의 일부를 찾다
첫 저자인 아나 빅토리아 레추가-비에코 박사는 “mtDNA가 모계로만 유전되는 이유는 아직 명확하지 않지만, 이번 연구는 이러한 자연적 장벽을 허물고 mtDNA를 혼합하는 것이 상당한 건강 위험을 초래한다는 사실을 처음으로 보여줍니다”라고 말했습니다.
연구진은 또한 세포가 두 가지 mtDNA 중 하나를 ‘선택’하며, 그 과정이 세포의 대사 상태, 유전자 기능, 약물, 식습관 변화의 영향을 받는다는 사실을 발견했습니다. 이는 겉보기에는 건강한 mtDNA 조합이라도 대사 조절의 차이로 인해 서로 맞지 않을 수 있음을 의미합니다.
미토콘드리아 치료에 대한 시사점과 권고
새로운 생물학적 위험이 확인되었음에도 엔리케스 박사는 미토콘드리아 대체요법을 포기해야 한다고 생각하지 않습니다. 그는 “수혈이나 장기이식을 위해 혈액형과 조직 적합성 검사가 필요한 것처럼, 미토콘드리아 치료에서도 기증자와 수혜자 사이의 mtDNA 적합성이 매우 높은지 확인해야 합니다”라고 강조했습니다.
연구에서는 다음과 같은 점도 지적했습니다.
비정상 미토콘드리아를 대체하더라도 수혜자 세포가 원래의 mtDNA를 우선적으로 유지할 수 있어 100% 대체가 이루어지지 않을 수 있습니다.
세포질 주입에도 유사한 위험이 있으며 혼합 mtDNA가 발생할 수 있습니다.
심폐 또는 신경계 질환을 위한 미토콘드리아 주입 치료도 이러한 잠재적 이상반응을 고려해야 합니다.
따라서 향후 mtDNA를 활용한 중재를 설계할 때는 유전적 적합성, 조직 선택성, 장기 안전성을 충분히 고려해야 합니다.
연구 배경 및 게재
이번 연구는 스페인 국립심혈관연구센터의 GENOXPHOS 그룹이 주도했습니다. “Wild-Type Mitochondrial DNA Heteroplasmy Results in Metabolic Heart Disease, Pulmonary Hypertension, and Frailty”라는 제목의 논문은 2022에 Circulation에 게재되었습니다.
뉴스 | 혼합 미토콘드리아 DNA가 건강과 수명에 영향을 줄 수 있다고 경고한 스페인 연구
뉴스 | 혼합 미토콘드리아 DNA가 건강과 수명에 영향을 줄 수 있다고 경고한 스페인 연구
스페인 국립심혈관연구센터(CNIC)의 연구에서 서로 다른 출처의 미토콘드리아 DNA(mtDNA)가 섞일 경우 장기적으로 심각한 건강 영향을 미칠 가능성이 확인되었습니다. Circulation에 게재된 이 연구 결과는 미토콘드리아 중재에 관한 중요한 과학적 근거와 안전성 경고를 제시합니다.
‘세 부모 아기’ 기술의 우려
미토콘드리아 DNA는 세포 내 미토콘드리아에 존재하며 모계로 유전되는 유전 물질로, 37개의 유전자로 구성됩니다. 최근에는 미토콘드리아 대체요법(MRT)과 세포질 주입 같은 보조생식기술을 활용해 모계 유전 질환의 전달을 막거나 난임을 치료해 왔습니다. 이러한 기술은 일반적으로 환자의 난자에 기증자의 미토콘드리아를 도입하며, 이를 흔히 ‘세 부모 아기’라고 부릅니다.
연구 책임자인 산화적 인산화 시스템 유전학(GENOXPHOS) 그룹장 호세 안토니오 엔리케스 박사는 “이 기술은 처음에는 건강한 어린 개체가 태어난 동물 모델에서 성공적인 것으로 보였습니다. 그러나 장기 관찰 결과 성체기에 심부전, 폐고혈압, 근육 소실, 쇠약, 심지어 조기 사망을 포함한 심각한 문제가 확인되었습니다”라고 말했습니다.
서로 다른 출처의 미토콘드리아 DNA 혼합으로 인한 대사 손상
정상적인 상태에서는 세포의 mtDNA가 대개 하나의 출처에서 유래하며, 이를 동질성(homoplasmy)이라고 합니다. 이질성(heteroplasmy)이라고 하는 혼합 mtDNA는 매우 드물고, 흔히 돌연변이로 발생하며 다양한 질환을 일으킬 수 있습니다.
이번 연구에서 연구진은 처음으로 서로 다른 출처의 지극히 정상적인 mtDNA 두 종류를 생쥐에 도입했습니다. 장기 모니터링 결과 다음과 같은 사실이 확인되었습니다.
대부분의 조직은 동질성을 유지하기 위해 한 종류의 mtDNA를 점차 제거했습니다.
그러나 심장, 폐, 골격근과 같은 주요 장기는 외래 mtDNA를 효과적으로 제거하지 못해 지속적인 미토콘드리아 기능 이상이 발생했습니다.
이러한 조직은 혼합 mtDNA에 적응하지 못했고, 그 결과 대사 기능 저하, 조직 노화 가속화, 사망률 증가가 나타났습니다.
생쥐는 어릴 때 뚜렷한 증상을 보이지 않았지만 시간이 지나면서 미토콘드리아 대사가 저하되고 명확한 장기 손상이 발생해 혼합 mtDNA의 잠재적인 장기 독성이 확인되었습니다.
미토콘드리아 DNA는 왜 어머니에게서만 유전될까? 과학이 답의 일부를 찾다
첫 저자인 아나 빅토리아 레추가-비에코 박사는 “mtDNA가 모계로만 유전되는 이유는 아직 명확하지 않지만, 이번 연구는 이러한 자연적 장벽을 허물고 mtDNA를 혼합하는 것이 상당한 건강 위험을 초래한다는 사실을 처음으로 보여줍니다”라고 말했습니다.
연구진은 또한 세포가 두 가지 mtDNA 중 하나를 ‘선택’하며, 그 과정이 세포의 대사 상태, 유전자 기능, 약물, 식습관 변화의 영향을 받는다는 사실을 발견했습니다. 이는 겉보기에는 건강한 mtDNA 조합이라도 대사 조절의 차이로 인해 서로 맞지 않을 수 있음을 의미합니다.
미토콘드리아 치료에 대한 시사점과 권고
새로운 생물학적 위험이 확인되었음에도 엔리케스 박사는 미토콘드리아 대체요법을 포기해야 한다고 생각하지 않습니다. 그는 “수혈이나 장기이식을 위해 혈액형과 조직 적합성 검사가 필요한 것처럼, 미토콘드리아 치료에서도 기증자와 수혜자 사이의 mtDNA 적합성이 매우 높은지 확인해야 합니다”라고 강조했습니다.
연구에서는 다음과 같은 점도 지적했습니다.
비정상 미토콘드리아를 대체하더라도 수혜자 세포가 원래의 mtDNA를 우선적으로 유지할 수 있어 100% 대체가 이루어지지 않을 수 있습니다.
세포질 주입에도 유사한 위험이 있으며 혼합 mtDNA가 발생할 수 있습니다.
심폐 또는 신경계 질환을 위한 미토콘드리아 주입 치료도 이러한 잠재적 이상반응을 고려해야 합니다.
따라서 향후 mtDNA를 활용한 중재를 설계할 때는 유전적 적합성, 조직 선택성, 장기 안전성을 충분히 고려해야 합니다.
연구 배경 및 게재
이번 연구는 스페인 국립심혈관연구센터의 GENOXPHOS 그룹이 주도했습니다. “Wild-Type Mitochondrial DNA Heteroplasmy Results in Metabolic Heart Disease, Pulmonary Hypertension, and Frailty”라는 제목의 논문은 2022에 Circulation에 게재되었습니다.
출처:
온라인 자료를 종합함