미 뉴욕게놈센터 등 공동연구팀, 성인 40명 해마 조직 통합 분석

50~75세 사이 뇌 면역세포 구성 변화… 염증성 세포 증가

DNA의 3차원 구조도 전반적으로 약화되는 것으로 나타나

인간의 학습과 기억을 담당하는 해마에서 중년 무렵을 기점으로 염증성 면역세포가 증가하는 것으로 나타났다｜출처: 클립아트코리아

나이가 들면서 인간의 해마에서는 뇌세포의 구성과 유전자 조절 체계가 함께 변화하는 것으로 나타났다. 이러한 변화는 노년기 기억력 저하와 퇴행성 뇌질환을 이해하는 새로운 단서가 될 수 있다.

미국 뉴욕게놈센터 등 공동연구팀에 따르면,  인간의 학습과 기억을 담당하는 해마에서 중년 무렵을 기점으로 염증성 면역세포가 증가하고, 신경세포를 지원하는 성상교세포는 감소했다. 세포핵 속 DNA가 접혀 있는 3차원 유전체 구조도 전반적으로 약해졌다. 이번 연구는 20대부터 70대 이상까지 성인 40명의 뇌 조직을 분석하는 방식으로 진행됐다.

유전자 발현부터 DNA 입체 구조 까지 통합 분석

노화는 알츠하이머병을 비롯한 퇴행성 뇌질환의 가장 강력한 위험 요인이며, 특히 학습과 기억을 담당하는 해마는 노화에 취약한 영역으로 꼽힌다. 기존 연구에서 나이가 들수록 뇌의 염증 관련 유전자 발현은 늘고 신경세포 간 신호 전달 기능은 줄었지만, 유전자 발현만으로는 뇌세포가 늙어가는 전체 과정을 설명하기 어려웠다.

이에 연구팀은 성인기 전반의 인간 해마 조직을 대상으로 유전자 발현과 함께 △염색질 접근성(유전자가 얼마나 쉽게 활성화되는지) △DNA 메틸화(세포의 기원과 조절 상태 추적) △3차원 유전체 구조(핵 속 DNA가 접히고 상호작용하는 방식)를 단일핵 수준에서 통합 분석했다.

50~75세 사이 뇌 면역세포 구성 변화

분석 결과 해마의 노화는 일정한 속도로 진행되지 않았고, 특히 중년 무렵 큰 전환이 관찰됐다. 가장 두드러진 변화는 뇌의 면역세포인 미세아교세포에서 나타났다. 배아 시기부터 뇌에 자리 잡은 미세아교세포가 50~75세 사이에 감소하고, 그 자리를 말초혈액의 단핵구와 유사한 세포가 대체했다.

이 변화는 유전자 발현만으로는 뚜렷하게 드러나지 않았고, 세포의 발생 기원을 반영하는 DNA 메틸화 분석을 통해 확인됐다. 단핵구 유사 미세아교세포는 염증 반응과 관련된 유전자 발현·후성유전적 특징을 보여, 노화에 따른 만성 뇌 염증에 영향을 줄 가능성이 제기됐다.

세포핵 속 DNA 구조도 약해져

노화는 개별 유전자의 활성뿐 아니라 유전체의 공간적 구조에도 영향을 미쳤다. 세포핵 속 DNA는 관련 유전자와 조절 부위가 서로 상호작용할 수 있도록 일정한 입체 구조를 이루는데, 나이가 들수록 이 3차원 구조가 전반적으로 약해졌다. 연구팀은 DNA가 기능별로 나뉘는 '위상 연관 도메인(TAD)'의 경계가 흐려지고, 서로 다른 염색체 사이의 상호작용은 늘어나는 것을 확인했다.

이러한 구조 변화는 DNA 메틸화·염색질 접근성·유전자 발현 변화와 함께 나타났다. 이는 뇌 노화가 특정 유전자 하나의 이상이 아니라 유전자 조절 체계 전반이 재편되는 과정임을 보여준다.

기억력 저하·퇴행성 뇌질환 이해에 단서될까

이번 연구는 인간 해마의 노화가 단순한 신경세포 감소가 아니라, 면역세포의 염증성 전환과 성상교세포 감소, 후성유전 조절·3차원 유전체 구조의 약화가 맞물린 복합적 과정임을 보여준다. 연구팀은 배아 유래 미세아교세포가 단핵구 유사 세포로 대체되는 현상과 성상교세포 감소, 3차원 유전체 구조 약화를 인간 뇌 노화의 주요 특징으로 꼽았다.

책임저자인 뉴욕게놈센터 빙 렌(Bing Ren) 소장(컬럼비아대 교수)은 "이러한 점진적인 구조적 붕괴는 유전자 조절, 세포 정체성의 변화와 밀접하게 연결돼 있으며, 이는 인간 뇌 노화의 근본적인 특징일 수 있다"고 말했다.

다만 이번 연구는 서로 다른 연령대의 조직을 비교한 것으로 한 사람의 뇌 변화를 시간에 따라 추적한 것은 아니며, 이런 변화가 기억력 저하나 퇴행성 뇌질환을 직접 유발하는지는 추가 연구가 필요하다. 그럼에도 해마의 노화를 여러 분자 수준에서 통합 분석했다는 점에서 의미가 있으며, 향후 퇴행성 뇌질환의 원인 규명과 새로운 치료 표적 발굴에 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구 결과(Epigenetic and 3D genome reprogramming during the aging of the human hippocampus: 인간 해마의 노화 과정에서 나타나는 후성유전 및 3차원 유전체 재프로그래밍)는 2026년 7월 23일 국제학술지 사이언스(Science)에 게재됐다.

출처: 건강이 궁금할 땐, 하이닥 (www.hidoc.co.kr)