과학자들, 실수로 '슈퍼 HGF' 발명하다 — 늙은 근육도 속편을 가질 자격이 있으니까

근육은 우리가 인정하고 싶은 것보다 훨씬 일찍부터 서서히 쇠퇴하기 시작한다. 시간이 지나면서 근육 조직은 흉터 조직을 형성하고, 지방을 축적하며, 빠르고 강력한 움직임을 담당하는 특수 섬유를 잃어버린다 — 이는 일상 활동을 더 힘들게 만들고 점차 이동성과 신체적 독립성을 감소시킨다. 다시 말해, 당신의 몸에 대한 보증 기간은 당신보다 훨씬 먼저 만료된다.

이제 일본의 과학자들이 신체의 자연적인 근육 복구 시스템을 보호하고 잠재적으로 더 효과적으로 만들 수 있는 유망한 분자를 확인했다. 실험실 실험에서 이 화합물은 근육 재생에 관여하는 중요한 생물학적 신호를 강화하여 핵심 세포 수용체와 연결하는 능력을 두 배 이상 증가시켰다. 이 발견은 규슈 대학 농학부의 다쓰미 류이치 교수가 이끄는 팀에서 나왔으며, 연구 결과는 《Scientific Reports》에 게재되었다.

골격근 — 걷고, 물건을 들고, 자세를 유지하고, 기타 자발적인 움직임을 수행할 수 있게 해주는 뼈에 붙어 있는 근육 — 은 평생 동안 마모와 손상을 겪지만 스스로를 복구하는 놀라운 능력을 가지고 있다. 그 복구의 상당 부분은 위성 세포(satellite cells)로 알려진 특수 줄기세포에 의존하는데, 이 세포들은 일반적으로 근육 섬유 옆에서 비활성 상태로 있다가 복구나 재생이 필요하다는 신호를 받을 때까지 기다린다. 일단 활성화되면, 이들은 증식하고 근육 세포로 발달하여 손상된 조직을 복원하는 데 도움을 준다.

이 과정의 필수적인 부분은 간세포 성장 인자(hepatocyte growth factor, HGF)를 포함한다. 이름과 달리, HGF는 간 이외에도 중요한 역할을 하며, 근육 재생을 담당하는 줄기세포를 활성화하는 데 도움을 준다. 정상적인 조건에서 HGF는 근육 섬유를 둘러싼 지지 물질 내에 저장된다. 근육이 부상이나 기계적 자극 — 예를 들어 신체 움직임이나 스트레칭 — 을 경험할 때, 이 단백질은 방출되어 위성 세포 표면의 c-met라는 수용체에 부착된다. 이 상호작용은 휴면 상태의 위성 세포를 깨워 증식하고 성숙하며 근육 섬유 복구에 참여할 수 있게 한다.

그러나 이 정교하게 조정된 시스템은 나이가 들면서 덜 신뢰할 수 있게 된다. 연구진의 이전 연구에 따르면 HGF는 니트로화(nitration)로 알려진 화학적 변형을 겪을 수 있으며, 이는 단백질의 특정 위치에 니트로 그룹을 부착하여 구조를 변화시키고 정상적인 활동을 방해할 수 있다. HGF의 경우, 연구진은 특히 중요한 두 위치인 Y198과 Y250을 확인했으며, 둘 다 c-met 수용체에 부착하는 데 관여하는 영역 내에 있다. 이 부위들이 니트로화되면 HGF는 수용체와 연결하는 능력이 떨어지는데 — 마치 손상되어 원래의 자물쇠를 더 이상 작동시킬 수 없는 열쇠처럼 된다.

이러한 교란은 노화된 근육에 중요한 결과를 초래할 수 있다. 신체가 계속 HGF를 생산하더라도 화학적 변화로 인해 단백질이 조직 복구에 필요한 줄기세포를 제대로 활성화하지 못할 수 있다. 연구진은 이 메커니즘이 노화 관련 근육 소모와 재생 능력 저하에 기여할 수 있다고 믿는다. "HGF는 나이가 들면서 반드시 사라지는 것은 아닙니다,"라고 다쓰미는 설명한다. "오히려 만들어지고 난 후 화학적으로 변형될 수 있습니다. 그래서 우리는 강력한 항산화 능력을 가진 화합물이 니트로화를 방지하거나 그로 인한 기능 손실을 보상함으로써 HGF를 보호할 수 있는지 궁금해졌습니다."

그 가능성을 조사하기 위해, 팀은 강력한 항산화 특성을 가진 두 화합물인 글루타티온 삼황화물(glutathione trisulfide, GSSSG)과 리포산 삼황화물(lipoic acid trisulfide, LASSS)을 연구했다. 항산화제는 반응성 분자에 의해 발생하는 특정 유형의 화학적 손상을 제한하는 데 도움을 줄 수 있으며, 특히 신체의 정상적인 보호 시스템이 덜 효과적이 될 때 단백질과 기타 필수 세포 구성 요소를 방해할 수 있다. 이 두 화합물은 서로 연결된 세 개의 황 원자 사슬로 정의되는 삼황화물(trisulfide)이라는 화학 물질군에 속한다. 이 배열은 그들에게 특이한 화학적 특성을 부여하는데, 여기에는 ... 능력이 포함된다.