초록
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1.분석자 서문
미토콘드리아가 에너지대사와 신호전달, 그리고 노화에 중요한 역할을 한다는 사실은 잘 알려져 있다. 최근에는 미토콘드리아와 관련된 신호들이 줄기세포의 기능에도 중요한 역할을 한다고 알려졌으며, 줄기세포의 활성을 매개하는 미토콘드리아의 중요성이 점점 대두되고 있다. 많은 줄기세포에서 미토콘드리아의 수가 적으며, 미토콘드리아에 의지하지 않는 해당작용을 통해 에너지를 얻음에도 불구하고, 미토콘드리아가 줄기세포의 활성 및 분열 결정을 조절할 수 있다는 연구가 발표되고 있다. 따라서 본 분석은 미토콘드리아의
1.분석자 서문
미토콘드리아가 에너지대사와 신호전달, 그리고 노화에 중요한 역할을 한다는 사실은 잘 알려져 있다. 최근에는 미토콘드리아와 관련된 신호들이 줄기세포의 기능에도 중요한 역할을 한다고 알려졌으며, 줄기세포의 활성을 매개하는 미토콘드리아의 중요성이 점점 대두되고 있다. 많은 줄기세포에서 미토콘드리아의 수가 적으며, 미토콘드리아에 의지하지 않는 해당작용을 통해 에너지를 얻음에도 불구하고, 미토콘드리아가 줄기세포의 활성 및 분열 결정을 조절할 수 있다는 연구가 발표되고 있다. 따라서 본 분석은 미토콘드리아의 대사, 항상성 유지, 스트레스에 대한 반응 기작, 그리고 미토콘드리아의 역학과 줄기세포의 기능 및 노화의 관계에 대해 정리하고, 줄기세포의 활성화를 통한 노화 극복을 위해 미토콘드리아를 이용한 치료적 접근에 대하여 논한다[1].
2. 목차
1. 개요
2. 줄기세포에서의 에너지대사
3. 미토콘드리아의 대사물질과 줄기세포 분화 결정
3.1. 아세틸화 및 탈아세틸화
3.2. 메틸화 및 탈메틸화
4. 미토콘드리아 비접힘 단백질반응(unfolded protein response; UPR)과 줄기세포의 노화
5. 미토콘드리아의 DNA 돌연변이와 줄기세포의 기능
6. 줄기세포 분화 결정에 대한 미토콘드리아의 활성산소의 영향
7. 미토파지와 미토콘드리아 역학의 줄기세포 분화에 대한 역할
8. 결론
앞선 많은 연구들에서 미토콘드리아와 줄기세포의 기능, 그리고 노화의 관계는 mtDNA 돌연변이 및 활성산소의 증가와 노화에 따른 줄기세포 기능의 감소에 초점이 맞추어져 있었다. 그러나 최근에는 미토콘드리아 대사물질과 줄기세포의 기능의 관계에 대한 많은 연구 결과들이 나오고 있다. 유전자 발현의 후천적 변형을 통해, 미토콘드리아의 대사물질은 직접적으로 줄기세포의 분화 결정 및 노화를 조절한다는 것을 알 수 있었다. 미토콘드리아와 핵의 상호작용을 통해, 미토콘드리아는 품질관리뿐만 아니라 유전자의 발현 조절을 통해 줄기세포의 분화를 결정하고 기능을 조절한다.
그동안의 많은 연구에도 불구하고 아직까지도 밝혀야 할 부분이 많이 남아 있다. 줄기세포의 종류에 따라 미토콘드리아가 다르게 작용할 수 있는 기작에 대한 연구가 더 필요하며, 미토콘드리아가 줄기세포의 분화를 결정짓는 데 얼마나 기여하는지도 더 연구되어야 한다. 줄기세포의 노화 역시 미토콘드리아와 밀접한 연관이 있는 것은 알지만, 모든 줄기세포들이 노화에 따라 미토콘드리아의 대사 변화가 동일한지도 의문이다.
미토콘드리아가 어떻게 줄기세포의 기능을 조절하는지 이해하기 위해서는 더 많은 유전적, 분자적 연구가 진행되어야 한다. 새로운 기술을 이용한 줄기세포 연구가 도움이 될 것으로 보인다. 예를 들면 게놈, 단백질체(proteome), 대사체(metabolome) 등을 아우를 수 있는 동시다발적인 생물정보학을 통한 연구 등은 최근에도 성공적으로 연구에 적용이 되고 있다. 단세포의 RNA 시퀀싱 기술을 통한 연구도 도움이 될 것이다.
결과적으로 미토콘드리아의 기능 및 품질 향상을 통해 줄기세포의 활성을 촉진하고 증식시키는 전략은 줄기세포가 노화되는 것을 방지할 수 있는 약품 개발에 있어 효과적일 것이라 예측할 수 있다. 이러한 신약의 개발은 노화를 늦춰줄 뿐만 아니라 결국 수명연장도 가능하게 해줄 것이다[6]. 이것이야말로 미토콘드리아와 줄기세포의 관계가 최근 연구 동향으로 각광받는 이유가 될 것이다.
References
1. Zhang H, Menzies KJ, Auwerx J. The role of mitochondria in stem cell fate and aging. Development. 2018 Apr.
2. Ansó E, Weinberg SE, Diebold LP, Thompson BJ, Malinge S, Schumacker PT, Liu X, Zhang Y, Shao Z, Steadman M, Marsh KM, Xu J, Crispino JD, Chandel NS, The mitochondrial respiratory chain is essential for haematopoietic stem cell function. Nat Cell Biol. 2017 Jun.
3. Matilainen O, Quirós PM, Auwerx J., Mitochondria and Epigenetics - Crosstalk in Homeostasis and Stress. Trends Cell Biol. 2017 Jun.
4. Shiraki N, Shiraki Y, Tsuyama T, Obata F, Miura M, Nagae G, Aburatani H, Kume K, Endo F, Kume S., Methionine metabolism regulates maintenance and differentiation of human pluripotent stem cells., Cell Metab. 2014 May.
5. Ho TT, Warr MR, Adelman ER, Lansinger OM, Flach J, Verovskaya EV, Figueroa ME, Passegué E., Autophagy maintains the metabolism and function of young and old stem cells., Nature. 2017 Mar.
6. Sorrentino V, Menzies KJ, Auwerx J., Repairing Mitochondrial Dysfunction in Disease., Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2018 Jan.
※ 이 자료의 분석은 Rutgers university의 나지훈님께서 수고해주셨습니다.
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