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- 여성의 체세포는 X 염색체를 두 개씩 가진다. 하나는 모계, 다른 하나는 부계에서 받아
- 여성 세포에서는 두 성염색체 중 하나만 활성화되고 다른 하나는 비활성화
- 어머니의 X 염색체를 더 많은 세포에서 발현하는 일부 여성은 나이가 들면서 인지 장애가 더 심해지거나 알츠하이머 치매와 같은 질병에 걸릴 위험이 높아질 가능성 커

X 염색체가 우리의 뇌 나이를 결정하는 방법
어머니로부터 물려받은 X염색체는 뇌세포를 더 빨리 위축시킨다

뇌는 두 개의 X 염색체 중 어느 것이 활성화되는지, 즉 아버지로부터 물려받은 X 염색체와 어머니로부터 물려받은 X 염색체 중 어느 것이 활성화되는지에 관심을 갖는 것으로 보인다. 연구자들은 여성의 뇌세포에서 모계 X 염색체만 활성화된 경우 나이가 들면서 기억력과 인지 능력이 더 빨리 감소한다는 사실을 발견했다. 그들은 이것이 남성과 여성의 뇌가 다르게 노화되는 이유를 설명할 수도 있다고 네이처에 보고했다. 

▲ 수컷(X/Y)과 암컷(X/X) 마우스의 배아줄기세포에 있는 X-염색체(빨간색)와 Y-염색체(녹색). https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mice_X_Y_chromosomes.jpg

여성은 체세포마다 X 염색체를 두 개씩 가지고 있는데, 하나는 어머니로부터, 다른 하나는 아버지로부터 물려받는다. 두 염색체는 동일한 유전자를 포함하고 있지만, 이 유전자를 조절하고 켜거나 끄는 후성 유전적 변형이 서로 다르다. 그러나 여성 세포에서는 두 성염색체 중 하나만 활성화되고 다른 하나는 비활성화된다. 어느 것을 읽었는지는 순전히 우연이다. 하지만 어머니로부터 물려받은 X 염색체가 하나뿐인 남성의 경우, 이 염색체는 모든 세포에서 항상 활성화되어 있다.

X 염색체는 뇌세포에서 어떤 역할을 하나?

돌연변이와 유전적 결함에 관한 이전 연구에 따르면 X 염색체는 신경 기능, 뇌 건강, 기억력 및 정신 능력에 중요한 것으로 나타났다. 캘리포니아 대학교 샌프란시스코 캠퍼스(UCSF)의 수석 저자인 사미라 압둘라이-사이쿠는 "X 염색체에는 뇌와 관련된 유전자가 많이 들어 있기 때문에 이 염색체가 뇌 노화에 어떤 역할을 하는지 알고 싶었다"고 말했다.

▲ 진핵세포의 DNA 구성

이를 위해 그녀와 연구팀은 모계 또는 부계 X 염색체 중 어느 쪽이 활성화되는지가 뇌세포에 차이를 만드는지 알아보기 위해 쥐를 분석했다. 연구진은 어미의 X 염색체만을 사용하거나 부모 둘 다로부터 받은 염색체를 혼합하여 뇌세포를 가진 암컷 쥐를 사육했다. 그런 다음 연구진은 동물들에게 여러 연령대에 걸쳐 미로를 달리게 하여 뇌의 성능과 행동을 테스트했다.

기억 센터는 더 빨리 노화돼

연구 결과, 뇌에서 모계의 X 염색체만 활성화된 암컷 쥐는 나이가 들면서 정신적 쇠퇴가 더 심하게 나타나는 것으로 나타났다. 그녀의 기억력, 학습 능력은 평생 동안 감소하였고 나이가 들면서 더욱 감소하였다. 압둘라이-사이쿠와 그녀의 동료들이 발견했듯이, 그 이유는 이러한 신경 세포와 이 동물들의 해마가 더 빨리 노화되기 때문이었다. 뇌의 이 부분은 기억과 학습에 중요하다.

UCSF의 수석 저자인 데나 두발은 "우리는 이 동물들의 뇌가 유전적으로 동일한 자매들의 뇌보다 실제로 더 빨리 노화된다는 것을 보여주었다. 자매들의 경우 엄마와 아빠의 X 염색체가 모두 활성화되었다"고 설명했다. 하지만 왜 그럴까?

X 염색체의 유전자는 다르게 활성화돼

뇌세포를 추가로 분석한 결과, 어머니로부터 유전된 X 염색체에서는 9개의 특정 유전자가 완전히 억제되었지만, 아버지로부터 유전된 X 염색체에서는 억제되지 않은 것으로 나타났다. 연구자들이 유전공학을 사용하여 이렇게 억제된 유전자 중 세 개를 다시 활성화시켰더니, 암컷 쥐들은 나이가 들면서 기억력과 학습 능력이 더 좋아졌다.

"이 모든 실험을 종합해 보면 X 염색체의 부모 유래가 뇌 건강에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 알 수 있다"고 Abdulai-Saiku는 말했다. "이러한 결과는 순전히 우연에 의해 어머니의 X 염색체를 더 많은 세포에서 발현하는 일부 여성이 나이가 들면서 인지 장애가 더 심해지거나 알츠하이머 치매와 같은 질병에 걸릴 위험이 높아질 가능성을 제기한다"고 두발은 설명한다.

▲ Xm 염색체는 젊은 암컷 쥐의 공간 기억을 손상시킨다. a, 야생형, 비 형질전환 마우스(Xm+Xp)에서 무작위 X-염색체 불활성화는 활성 Xp 또는 활성 Xm 염색체를 갖는 세포로 이어진다. Xm이 편향된 형질전환 마우스에서 모든 세포는 활성 Xm만을 보인다. a의 마우스 다이어그램은 Nadzeya Shanchuk/Shutterstock(https://www.shutterstock.com/)에서 가져왔다. b, 수명 동안 수행된 실험의 실험적 타임라인. c, 젊은, 중년, 노년의 삶의 단계에서 인지를 테스트하는 마우스 다이어그램. c의 마우스와 뇌 다이어그램은 각각 Nadzeya Shanchuk/Shutterstock과 KwangSoo Kim/Shutterstock(https://www.shutterstock.com/)에서 가져왔다.(출처:관련논문 Published: 22 January 2025 The maternal X chromosome affects cognition and brain ageing in female mice / nature)

남성과 여성 사이에 차이가 생기는 이유는 무엇일까?

이번 연구 결과는 남성과 여성의 뇌가 다르게 노화되는 이유를 설명할 수도 있는데, 남성의 경우 모계의 X 염색체가 항상 읽히기 때문이다. 하지만 이것이 Y 염색체와 결합해서 남성에게 정확히 어떤 영향을 미치는지는 아직 추가 연구가 필요하다. "이 지식은 궁극적으로 남녀 모두의 뇌 노화를 늦추는 전략을 찾는 데 도움이 될 수 있다." 인간 세포에 관한 후속 연구를 통해 이제 모계 X 염색체의 노화 효과를 역전시킬 수 있는지가 명확해질 것이다.

연구자들은 확인된 유전자들이 모체의 X 염색체에서 발현이 억제되는 이유를 조사하지 않았다. 하지만 그들은 이런 상황이 노년기에는 불리한 것처럼 보일지 몰라도 인생 초기에는 이점이 될 수 있다고 의심한다. "이러한 유전자 발현 패턴은 실제로 뇌 발달에 매우 유리하지만 나중에 이러한 균형을 필요로 할 수도 있다"고 두발(Dubal)은 추측했다.
(Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-024-08457-y)
출처: University of California – San Francisco

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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