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남성과 여성 사이에 뇌 노화 속도가 차이나는 이유

X 염색체가 우리의 뇌 나이를 결정하는 방법

어머니로부터 물려받은 X염색체는 뇌세포를 더 빨리 위축시킨다


뇌는 두 개의 X 염색체 중 어느 것이 활성화되는지, 즉 아버지로부터 물려받은 X 염색체와 어머니로부터 물려받은 X 염색체 중 어느 것이 활성화되는지에 관심을 갖는 것으로 보인다. 연구자들은 여성의 뇌세포에서 모계 X 염색체만 활성화된 경우 나이가 들면서 기억력과 인지 능력이 더 빨리 감소한다는 사실을 발견했다. 그들은 이것이 남성과 여성의 뇌가 다르게 노화되는 이유를 설명할 수도 있다고 네이처에 보고했다.


▲ 수컷(X/Y)과 암컷(X/X) 마우스의 배아줄기세포에 있는 X-염색체(빨간색)와 Y-염색체(녹색). https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mice_X_Y_chromosomes.jpg


여성은 체세포마다 X 염색체를 두 개씩 가지고 있는데, 하나는 어머니로부터, 다른 하나는 아버지로부터 물려받는다. 두 염색체는 동일한 유전자를 포함하고 있지만, 이 유전자를 조절하고 켜거나 끄는 후성 유전적 변형이 서로 다르다. 그러나 여성 세포에서는 두 성염색체 중 하나만 활성화되고 다른 하나는 비활성화된다. 어느 것을 읽었는지는 순전히 우연이다. 하지만 어머니로부터 물려받은 X 염색체가 하나뿐인 남성의 경우, 이 염색체는 모든 세포에서 항상 활성화되어 있다.


X 염색체는 뇌세포에서 어떤 역할을 하나?


돌연변이와 유전적 결함에 관한 이전 연구에 따르면 X 염색체는 신경 기능, 뇌 건강, 기억력 및 정신 능력에 중요한 것으로 나타났다. 캘리포니아 대학교 샌프란시스코 캠퍼스(UCSF)의 수석 저자인 사미라 압둘라이-사이쿠는 "X 염색체에는 뇌와 관련된 유전자가 많이 들어 있기 때문에 이 염색체가 뇌 노화에 어떤 역할을 하는지 알고 싶었다"고 말했다.


이를 위해 그녀와 연구팀은 모계 또는 부계 X 염색체 중 어느 쪽이 활성화되는지가 뇌세포에 차이를 만드는지 알아보기 위해 쥐를 분석했다. 연구진은 어미의 X 염색체만을 사용하거나 부모 둘 다로부터 받은 염색체를 혼합하여 뇌세포를 가진 암컷 쥐를 사육했다. 그런 다음 연구진은 동물들에게 여러 연령대에 걸쳐 미로를 달리게 하여 뇌의 성능과 행동을 테스트했다.


기억 센터는 더 빨리 노화돼


연구 결과, 뇌에서 모계의 X 염색체만 활성화된 암컷 쥐는 나이가 들면서 정신적 쇠퇴가 더 심하게 나타나는 것으로 나타났다. 그녀의 기억력, 학습 능력은 평생 동안 감소하였고 나이가 들면서 더욱 감소하였다. 압둘라이-사이쿠와 그녀의 동료들이 발견했듯이, 그 이유는 이러한 신경 세포와 이 동물들의 해마가 더 빨리 노화되기 때문이었다. 뇌의 이 부분은 기억과 학습에 중요하다.


UCSF의 수석 저자인 데나 두발은 "우리는 이 동물들의 뇌가 유전적으로 동일한 자매들의 뇌보다 실제로 더 빨리 노화된다는 것을 보여주었다. 자매들의 경우 엄마와 아빠의 X 염색체가 모두 활성화되었다"고 설명했다. 하지만 왜 그럴까?



진핵세포의 DNA 구성
진핵세포의 DNA 구성


X 염색체의 유전자는 다르게 활성화돼


뇌세포를 추가로 분석한 결과, 어머니로부터 유전된 X 염색체에서는 9개의 특정 유전자가 완전히 억제되었지만, 아버지로부터 유전된 X 염색체에서는 억제되지 않은 것으로 나타났다. 연구자들이 유전공학을 사용하여 이렇게 억제된 유전자 중 세 개를 다시 활성화시켰더니, 암컷 쥐들은 나이가 들면서 기억력과 학습 능력이 더 좋아졌다.


"이 모든 실험을 종합해 보면 X 염색체의 부모 유래가 뇌 건강에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 알 수 있다"고 Abdulai-Saiku는 말했다. "이러한 결과는 순전히 우연에 의해 어머니의 X 염색체를 더 많은 세포에서 발현하는 일부 여성이 나이가 들면서 인지 장애가 더 심해지거나 알츠하이머 치매와 같은 질병에 걸릴 위험이 높아질 가능성을 제기한다"고 두발은 설명한다.


남성과 여성 사이에 차이가 생기는 이유는 무엇일까?


이번 연구 결과는 남성과 여성의 뇌가 다르게 노화되는 이유를 설명할 수도 있는데, 남성의 경우 모계의 X 염색체가 항상 읽히기 때문이다. 하지만 이것이 Y 염색체와 결합해서 남성에게 정확히 어떤 영향을 미치는지는 아직 추가 연구가 필요하다. "이 지식은 궁극적으로 남녀 모두의 뇌 노화를 늦추는 전략을 찾는 데 도움이 될 수 있다." 인간 세포에 관한 후속 연구를 통해 이제 모계 X 염색체의 노화 효과를 역전시킬 수 있는지가 명확해질 것이다.


연구자들은 확인된 유전자들이 모체의 X 염색체에서 발현이 억제되는 이유를 조사하지 않았다. 하지만 그들은 이런 상황이 노년기에는 불리한 것처럼 보일지 몰라도 인생 초기에는 이점이 될 수 있다고 의심한다. "이러한 유전자 발현 패턴은 실제로 뇌 발달에 매우 유리하지만 나중에 이러한 균형을 필요로 할 수도 있다"고 두발(Dubal)은 추측했다.

(Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-024-08457-y)

출처: University of California – San Francisco

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