최근 발견된 텔로머라제 활성화제인 시클로아스트라가놀은 무엇인가요?

1985년 그라이더(Greider) 연구팀은 텔로머라아제라는 효소를 최초로 발견했는데, 이 효소는 염색체 말단에 DNA 반복 서열을 추가하여 텔로미어 길이를 유지하는 역할을 합니다. 텔로머라아제는 리보핵단백질 복합체로, 촉매 코어에는 TERT와 TERC가 포함되어 있으며, 이 중 TERT가 텔로머라아제 활성 조절의 핵심입니다. 텔로미어 길이는 세포 분열이 진행됨에 따라 계속 짧아집니다. 텔로미어 길이가 임계점에 도달하면 DNA 손상 신호가 발생하여 세포 주기가 단축되고, 텔로미어 단축을 특징으로 하는 여러 조직 기능 부전 질환이 나타납니다.

2010년, 미국 기업 제론(Geron)은 홍콩 과학기술대학교와 텔로머라제 활성제를 선별하는 연구 프로젝트를 공동으로 진행했습니다. 그 결과 다음과 같은 사실이 밝혀졌습니다.시클로아스트라가놀황기 알코올은 텔로머라아제 활성을 활성화시켜 텔로미어 길이 연장을 유도할 수 있습니다. 이러한 발견은 텔로머라아제 활성제 개발을 활발히 촉진했습니다. 황기 알코올의 연구 진행 상황 및 관련 제품 개발에 있어, 현재까지 보고된 천연물 중 유일한 텔로머라아제 활성제인 시클로아스트라게놀(CAG)이 주목받고 있습니다. 시클로아스트라게놀은 텔로미어 단축을 효과적으로 억제할 뿐만 아니라 항노화, 항세포사멸, 항섬유화, 면역 조절, 세포 증식 촉진, 상처 치유 등 다양한 약리 효과를 나타내어 텔로미어 기능 장애 관련 질환에 대한 잠재적인 치료 효과를 가지고 있습니다.

사이클로아스트라게놀과 노화

텔로미어
텔로미어는 염색체 끝에 있는 특수한 구조물로, 염색체를 보호하며 염색체 복제와 세포 분열이 진행됨에 따라 길이가 짧아집니다. 세포가 노화됨에 따라 텔로미어 또한 짧아집니다.

텔로머라제
텔로머라아제는 텔로미어를 합성하여 텔로미어의 길이와 구조를 안정화시킴으로써 염색체를 보호하고 세포 노화를 지연시킬 수 있습니다.

노화 방지: 텔로머라아제 활성제는 텔로머라아제 활성을 증가시켜 텔로미어 단축을 지연시킴으로써 노화 방지 효과를 나타냅니다.

텔로미어는 세포 분열 중 염색체 손상을 방지하는 세포 염색체 끝부분에 위치한 보호 덮개입니다. 세포가 계속 분열함에 따라 텔로미어는 점점 짧아지다가 세포 노화 또는 사멸을 초래하는 임계점에 도달합니다. 텔로머라아제 효소는 텔로미어의 길이를 연장시켜 세포의 수명을 자연스럽게 늘려줍니다.

노화는 삶의 피할 수 없는 부분이지만, 연구자들은 노화의 영향을 줄이기 위해 다양한 치료법을 연구하고 있으며, 그중 하나가 노화 세포 제거제(세놀리틱스) 연구입니다. 세놀리틱스는 노화된 세포를 제거하는 화합물로, 노화의 영향을 줄이는 효과가 있는 것으로 알려져 있습니다. 새로운 연구에 따르면 시클로아스트라가놀이 항노화 효과를 가질 수 있다고 합니다.

중국에서 진행되어 국제 분자 과학 저널(International Journal of Molecular Sciences)에 발표된 이 연구는 노화된 인간 세포와 방사선 유발 노화 쥐를 대상으로 진행되었습니다. 사이클로아스트라게놀은 비노화 세포에는 영향을 미치지 않으면서 노화 세포의 수를 감소시킵니다. 또한, 사이클로아스트라게놀 처리는 노화 세포의 성장과 생존에 필요한 단백질의 발현을 감소시키고, 노화 관련 염증 세포 및 과정과 관련된 세포 이동을 억제합니다. 사이클로아스트라게놀로 치료받은 노령 쥐는 노화 세포 수가 감소하고 노화 관련 신체 기능 장애가 개선된 것으로 나타났습니다.

사이클로아스트라게놀은 노화 세포를 감소시킵니다.

세포 노화는 잘 알려진 노화의 특징이지만, 연구자들은 노화 세포와 이들이 생성하는 염증 유발 신호 분자를 제거하면 노화 관련 질병을 예방하고 경우에 따라서는 되돌릴 수도 있다는 사실을 발견했습니다. 본 연구에서는 인간 세포에 시클로아스트라가놀을 처리한 결과, 정상 세포에는 영향을 주지 않고 노화 세포만 효과적으로 제거하는 것을 확인했습니다. 또한, 시클로아스트라가놀 처리 후 노화 세포의 세포 표지자가 유의미하게 감소했습니다.

이전 연구에 따르면 세포 성장 및 생존에 관여하는 신호 전달 경로인 PI3K/AKT/mTOR 경로는 노화 세포에서 시작되는 염증 과정에 관여하여 주변 세포의 노화를 촉진하는 것으로 나타났습니다. 연구진은 사이클로아스트라게놀이 이 경로의 단백질 발현을 감소시키는 것을 발견했으며, 이는 사이클로아스트라게놀이 PI3K/AKT/mTOR 경로를 차단함으로써 노화를 예방하는 데 도움을 줄 수 있음을 시사합니다. 또한, 사이클로아스트라게놀은 노화 세포가 염증 유발 물질, 성장 인자 및 면역 조절 물질을 방출하여 노화를 촉진하는 능력을 감소시키는 것으로 나타났으며, 이는 PI3K, AKT 및 mTOR 신호 전달을 억제함으로써 주변 세포의 노화 촉진 효과를 감소시킬 수 있다는 기존 연구 결과와 일치합니다.

사이클로아스트라게놀은 트리테르펜 사포닌의 일종으로, 주로 아스트라갈로사이드 IV의 가수분해를 통해 얻어집니다. 분자량이 비교적 작고 친지성(지용성)이 강하여 바이오필름 침투 및 위장관 흡수가 용이하고 생체이용률이 높습니다. 사이클로아스트라갈리놀의 효능은 다음과 같습니다.
1. 뇌손상 치료
2. 간 섬유증 개선
3. 골다공증 치료
4. 노화 방지 효과
5. 세포 노화 지연

사이클로아스트라가놀을 합성해야 하는 이유는 무엇입니까?

① 시클로아스트라가놀은 뇌 허혈 동안 뇌세포 사멸 및 신경 염증을 억제하고 혈뇌 장벽을 유지하는 등 다양한 약리학적 효과를 가지고 있습니다.
② 시클로아스트라게놀은 현재까지 발견된 텔로머라제 활성을 가진 유일한 소분자 테르페노이드 화합물로, 신경퇴행성 질환 치료에 사용될 수 있습니다.
③ 심근 섬유화를 억제하고 항종양 면역을 강화하는 효과가 있어 항노화 약물 연구 개발에서 널리 사용되는 분자입니다.

기존 문제점

황기(Astragalus membranaceus)에 함유된 시클로아스트라가놀(cycloastraganol)의 함량은 매우 낮아 직접 추출하기 어렵습니다. 기존의 시클로아스트라가놀 생산 전략은 주로 황기의 아스트라갈로사이드 IV를 변환하여 얻는 전통 한약 추출법에 의존합니다. 즉, 황기 재배 및 조직 배양 기술을 통해 아스트라갈로사이드 IV를 얻은 후, 산분해, 스미스 분해, 효소 및 미생물 가수분해 등을 통해 시클로아스트라가놀로 전환합니다. 그러나 이러한 제조 방법은 비용이 많이 들고, 환경 오염을 유발하기 쉬우며, 분리 및 정제가 어렵고, 응용 및 보급에 적합하지 않습니다. 따라서 시클로아스트라가놀의 인공 합성법에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

합성생물학을 이용하여 어떻게 합성을 할 수 있을까요? ---합성생물학

합성생물학은 공학적 아이디어, 즉 생물학의 공학적 원리에 따라 비정상적인 기능을 가진 "인공 생명체"를 의도적으로 설계, 변형, 나아가 창조하는 것을 의미합니다. 일반적으로 생물학적 방법을 이용하여 만들어집니다.