Stress and telomere shortening: Insights from cellular mechanisms (2022)

https://doi.org/10.1016/j.arr.2021.101507

 

텔로미어는 염색체 말단을 보호하는 DNA-단백질 복합체로, 세포 분열 시 염색체가 손상되지 않도록 하는 역할을 한다. 그러나 텔로미어는 세포가 분열할 때마다 점차 짧아지며, 특정 임계점에 도달하면 세포 노화 또는 세포사멸을 유발한다. 해당 리뷰 논문은 심리적 스트레스가 텔로미어 길이를 단축시키는 메커니즘과 이로 인한 질병 발병 위험 증가를 다각도로 분석하고, 스트레스 관리가 건강에 미치는 중요성을 강조한다. 특히, 스트레스와 관련된 호르몬, 산화 스트레스, 염증 반응 등이 텔로미어 생물학에 미치는 복합적 영향을 탐구하였다.

 

주요 연구 내용

1. 텔로미어의 기본 이해

• 구조와 기능

  • 텔로미어는 염색체 끝을 보호하는 반복적인 DNA 서열과 이를 감싸는 셸터린(shelterin) 단백질 복합체로 구성된다.

  • 해당 복합체는 DNA 손상을 방지하고, 텔로머라제 효소를 통해 텔로미어 길이를 조절한다.

• 텔로미어 단축 메커니즘

  • 세포 분열 과정에서 DNA 복제 기계는 염색체 끝부분을 완전히 복제하지 못하며, 이로 인해 텔로미어가 점차 짧아진다.

  • 산화 스트레스나 염증 등 외부 자극도 텔로미어를 손상시켜 단축을 가속화한다.

2. 스트레스와 텔로미어 단축의 상관관계

• 심리적 스트레스의 역할

  • 스트레스는 글루코코르티코이드(코르티솔)와 같은 스트레스 호르몬의 분비를 유도하며, 활성 산소종(ROS)과 염증 반응을 증가시킨다.

  • 이러한 요인들은 텔로미어를 손상시키고 텔로머라제의 활동을 억제한다.

• 조기 스트레스의 장기적 영향

  • 어린 시절 경험한 학대, 방치, 빈곤과 같은 스트레스 요인은 텔로미어 단축과 밀접하게 연관되어 있으며, 이는 성인이 된 후 심혈관계 질환, 당뇨병, 암 등의 발병 위험을 증가시킨다.

• 모성 스트레스와 세대 간 영향

  • ​​​​​​​임신 중 높은 스트레스를 경험한 산모는 신생아의 텔로미어 길이를 단축시키는 결과를 초래할 수 있다.

  • 이는 산모의 코르티솔 분비가 태아의 텔로미어 길이에 영향을 미치기 때문이다.

3. 주요 스트레스 매개체와 텔로미어 단축

• 글루코코르티코이드와 HPA 축

  • ​​​​​​​스트레스가 시상하부-뇌하수체-부신(HPA) 축을 활성화하면 글루코코르티코이드 분비가 증가한다.

  • 높은 글루코코르티코이드 수치는 텔로머라제 활성을 억제하고 염증 반응을 유발하여 텔로미어 길이를 단축시킨다.

• 산화 스트레스와 활성 산소종(ROS)

  • ​​​​​​​ROS는 DNA의 손상을 유발하며, 특히 텔로미어의 구아닌(G) 기반 구조가 ROS에 취약하여 더 심각한 손상을 입는다.

  • 이는 텔로미어 복구 효율을 감소시키고, 세포 노화를 촉진한다.

• 염증 반응과 텔로미어

  • ​​​​​​​만성 염증은 면역세포의 과도한 증식을 유발하여 텔로미어를 빠르게 소모시킨다.

  • 염증 과정에서 분비되는 사이토카인(IL-6, TNF-α 등)은 텔로미어 길이에 직접적인 부정적 영향을 미친다.

4. 스트레스-텔로미어-질병의 연결고리

• 질병 발병과 연관성

  • ​​​​​​​텔로미어가 짧아지면 심혈관계 질환, 대사 질환, 면역 질환, 암과 같은 만성 질환 발병 위험이 증가한다.

    • 심혈관계 질환: 짧은 텔로미어는 동맥 경화를 가속화하고 심혈관계 질환의 예후를 악화시킨다.
    • 암: 짧은 텔로미어는 DNA 복제 오류를 증가시켜 암세포의 형성을 촉진한다.
    • 면역 질환: 면역세포의 텔로미어 단축은 면역력 저하와 염증 증가를 초래한다.

• 세대 간 유전적 효과

  • ​​​​​​​부모의 텔로미어 길이는 자녀의 텔로미어 길이에 직접적으로 영향을 미친다.

  • 부모가 짧은 텔로미어를 가질 경우, 자녀의 텔로미어 단축 속도가 빨라질 수 있다.

 

 

스트레스 기인 텔로미어 손상과 기능 장애를 유발하는 주요 경로

1. 스트레스 유발 요인과 글루코코르티코이드(HPA 축의 활성화)

• 스트레스의 시작
  • ​​​​​​​스트레스가 시작되면 시상하부-뇌하수체-부신(HPA) 축이 활성화되며, 코르티솔(글루코코르티코이드)이 분비된다.
• 글루코코르티코이드의 역할
  • 코르티솔은 세포 내 대사활동을 증가시키며, 이로 인해 활성 산소종(ROS)의 생성을 촉진한다.
  • 코르티솔은 염증 반응을 억제하려는 초기 효과를 가지지만, 만성적인 스트레스 상황에서는 염증을 유발할 수도 있다.

2. 활성 산소종(ROS) 생성과 텔로미어 손상

• ROS의 생성
  • ​​​​​​​스트레스에 의해 증가한 미토콘드리아 활성은 활성 산소종(ROS)을 다량 생성한다.
• ROS가 텔로미어에 미치는 영향
  • ROS는 특히 텔로미어의 DNA 서열을 손상시키는 데 취약하다. 텔로미어의 반복 구아닌(G) 서열은 ROS에 의해 산화되기 쉽다.
  • 손상된 텔로미어는 복구가 어렵고, 복구되지 않으면 세포 노화를 유발하거나 세포 사멸(apoptosis)을 촉진한다.

3. 염증과 텔로미어 단축

• 염증 반응의 유도
  • ​​​​​​​스트레스는 면역 세포를 자극하여 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α 등)의 분비를 증가시킨다.
  • 이는 염증 반응을 통해 텔로미어를 더 빠르게 단축시킨다.
• 염증-텔로미어 피드백 루프
  • ​​​​​​​손상된 텔로미어는 세포 노화와 함께 노화 관련 분비 표현형(SASP)을 활성화한다.
  • 이는 염증성 사이토카인을 추가로 분비하며, 염증과 텔로미어 손상의 악순환을 형성한다.

4. 텔로미어와 미토콘드리아 간의 상호작용

• 미토콘드리아 손상
  • ​​​​​​​텔로미어 손상은 세포 내 p53 단백질을 활성화하여 미토콘드리아 기능을 억제한다.
    • 이는 미토콘드리아 생성과 대사를 저해합니다.
• 악순환 형성
  • ​​​​​​​미토콘드리아의 기능 장애는 더 많은 ROS를 생성하여 텔로미어를 추가로 손상시키는 악순환을 초래한다.

 

결론

텔로미어는 세포 노화와 질병의 주요 지표로, 스트레스 관리와 밀접한 관련이 있다. 스트레스는 텔로미어 단축을 가속화하여 만성 질환과 노화 관련 문제를 초래할 수 있지만, 이를 효과적으로 관리하면 건강을 유지하고 질병 위험을 낮출 수 있다.

1. 스트레스 관리
   • 명상, 요가, 심호흡 등 스트레스를 완화하는 활동을 실천한다.
2. 산화 스트레스 감소
   • 비타민 C, E와 같은 항산화제를 포함한 균형 잡힌 식단을 섭취한다.
3. 운동
   • 규칙적인 유산소 운동은 스트레스를 줄이고 텔로미어 길이를 보호하는 데 도움을 준다.
4. 충분한 수면
   • 수면 부족은 스트레스 호르몬 증가와 텔로미어 단축에 영향을 미치므로, 7~8시간의 충분한 수면을 유지해야 한다.