미토콘드리아 돌연변이, 우울증, 활성 산소, 산화스트레스

"미토콘드리아 돌연변이, 우울증과 연관"
미국 연구진,정신질환자 뇌조직 분석… "상당수 '높은 충격 결실' 발견"

 

미토콘드리아의 돌연변이가 우울증과 연관돼 있다는 주장이 나왔다.

미토콘드리아는 우리가 먹는 음식을 세포가 기능하는 데 필요한 화학 에너지로 변환시키는 공장이다. 각 세포는 원활한 에너지 공급을 보장하기 위해 많은 미토콘드리아를 갖고 있다. 

만약 수치가 줄어들거나 복잡한 신진대사 경로를 방해받으면 에너지 부족 때문에 세포들은 죽을 수도 있다. 

미토콘드리아 안에 있는 유전자와 세포의 핵 안에 있는 일부 유전자들은 동력실(Power house)들이 계속 활동할 수 있도록 하는 역할을 한다. 이러한 유전적 위치에서의 돌연변이는 미토콘드리아 질환을 일으킬 수 있다. 

유전학에서 염색체의 유전성 물질을 상실하는 것을 '결실(deletion)'이라고 하는데 미국 서던캘리포니아대 연구진은 미토콘드리아 게놈에서 결실을 800개 정도 확인하고 결실을 탐지하고 정량화하는 프로세스를 만들었다. 

연구진은 이 프로세스로 41명의 사망자로부터 나온 93개의 표본에서 약 4500건의 결실을 발견했다.

하지만 모든 돌연변이들이 반드시 질병을 일으키는 것은 아니다. 만약 돌연변이가 사람의 세포에 있는 몇 몇 미토콘드리아에서만 일어난다면, 나머지 동력실들은 공백을 메울 수 있다. 하지만 특정 임계값에 도달하면 세포가 정상적으로 작동하지 못할 수 있다. 

연구진은 발견한 많은 결실들이 이전에 미토콘드리아 질환에서 발견됐다는 것을 확인하고 정신질환자의 뇌에 미토콘드리아 기능 장애의 증거가 있는지 알아보기 위해 연구에 포함된 41명 중 우울증 진단을 받은 9명의 뇌조직을 분석했다. 

그 결과, 2명의 뇌조직에서 상당수의 ‘높은 충격 결실(high-impact deletion)’을 발견했다. 

연구진은 “뇌세포가 서로 기능하고 소통하기 위해 에너지를 필요로 한다. 이 세포들은 건강한 미토콘드리아로부터 에너지를 얻지 못하고 있기 때문에, 한 지역에서 다른 지역으로 메시지를 전달하거나 그들이 해야 하는 방식으로 외부 자극에 반응할 수 없다”고 설명했다. 

또한 연구진은 “어떤 뇌 부위가 이것에 취약한지, 그리고 우울증이 있는 사람들 중 어떤 경우에 이런 특정한 미토콘드리아가 문제를 일으키는지 더 연구해야 한다”고 부언했다.

이 연구 논문은 ‘핵산리서치’ 최신호에 발표됐다.





무병장수의 열쇠, 미토콘드리아

미토콘드리아

우리 몸에 끊임없이 에너지를 공급하여 젊음과 활력을 제공하는 세포내 기관이 바로 '미토콘드리아'입니다. 미토콘드리아는 우리 몸 세포 하나당 평균 200개가 있으며 몸 전체에 약 1경(1000조의 10배)가 있다고 알려져있습니다.

미토콘드리아는 우리 몸의 '에너지 공장'으로서 혈액 속 포도당과 지방산, 아미노산을 에너지원료(ATP)바꾸는 역할을 하는데, 이때 ATP를 만들기 위해서는 충분한 산소가 필요합니다.

만약 산소없이 ATP를 생산하면 에너지 생성량이 20분의 1로 줄어들고, 부산물로 통증유발 물질인 '젖산'도 만들어집니다. 에너지 생성량이 적어지면 조금만 활동을 해도 지치며 집중력도 떨어지는 것이 바로 이러한 이유이며, 또한 젖산이 쌓이면 피로를 더 심하게 느끼기도 합니다. 


미토콘드리아가 중요한 이유

나이가 듦에 따라 미토콘드리아의 숫자가 줄어들고 기능이 감소하게 됩니다. 또한 비정상적인 미토콘드리아가 다량의 활성산소를 분출해 세포 전체를 오염시키고 염색체 말단을 보호하는 텔로미어를 훼손하여 결국 세포의 조기 노화를 유발할 수 있습니다. 

세포가 분열할 때마다 텔로미어는 조금씩 짧아지는데, 세포 분열이 일정한 횟수를 넘어가 텔로미어가 아주 짧아지면 해당 세포는 분열을 멈추고 죽게됩니다. 그래서 텔로미어는 '생명의 시계'라 불리며 노화 억제의 열쇠로 주목받고 있습니다. 

미토콘드리아 이상으로 뇌세포가 퇴화하면 치매가 파킨슨 질환이 유발되고, 췌장세포에서는 당뇨병, 심장에서는 심혈관 질환을 유발하며 모든 장기의 기능이 감소되며, 암과 각종 유전질환의 원인이 미토콘드리아 기능이상과 관련되어 있다는 연구도 속속 보고되고 있습니다.

최근 연구에 따르면 우주에서 장기간 생활한 우주들이 흔히 겪는 근골격계 약화, 면역기능 장애, 심혈관 이상 등의 문제가 미토콘드리아 결함과 이상 때문이라는 사실을 밝혀냈는데, 지구가 아닌 다른 환경에서 오래 생활하면서 미토콘드리아 기능에 문제가 생길 수 있다는 것이 이 연구의 핵심입니다. 


미토콘드리아의 적 '산화스트레스'

미토콘드리아 기능이 감소되는 주된 이유는 에너지를 만들때 활성산소가 발생되며, 이 활성산소가 미토콘드리아에 치명적인 손상을 입히기 때문입니다. 이 현상을 산화스트레스라고 부릅니다. 

활성산소가 생기는 원인은 에너지 생산 외에도 면역활동, 수술, 비만 등의 자연적 원인과 과도한 운동, 과음, 과식, 흡연, 냉동식품에 들어있는 과산화지질 섭취 등의 습관적 원인, 중금속, 생활독소, 자외선 등이 노출되는 환경적 원인 이 세가지로 크게 나눌 수 있습니다. 


그 외 미토콘드리아 기능 저하 원인

스트레스

스트레스를 받으면 코르티솔 같이 몸을 흥분시키는 호르몬이 분비되어 혈압이 높아지고 호흡이 빨라집니다. 자연스럽게 몸의 에너지 소비량이 급증하고 소비량을 충족시키기 위해 미토콘드리아에서 많은 에너지를 만들어야하는데 산소가 부족하면 에너지 생성량이 줄어들고, 부산물로 젖산이 많이 생겨 피로를 쉽게 느끼게 됩니다.


갑상선 기능 저하

갑상선호르몬은 체온을 높이고 호흡을 유지하는 전반적인 몸의 대사를 담당하는데, 이 호르몬이 저하되면 미토콘드리아 대사가 느려지면서 몸에 필요한 에너지를 충분히 생성하지 못해 피로를 느끼게 됩니다. 


빈혈

빈혈로 인해 몸 곳곳에 산소가 전달되지 못하면 산호가 부족한 상태에서 에너지 원료(ATP)를 만들어야해서 에너지 생성량이 부족해집니다.


비만

지방세포는 염증을 일으키는 물질(아디포카인)을 분비합니다. 염증이 생기면 우리 몸의 면역세포가 활발히 움직여 산소가 많이 필요하게 되고, 그 때문에 산소가 부족한 채로 미토콘드리아의 에너지 생샹량이 줄어 피로가 생깁니다. 또한 내장지방 세포는 상당량의 코티솔을 생산,분비함으로써 미토콘드리아의 에너지 생산을 방해하기도 합니다.



미토콘드리아 건강을 지키려면?

1) 운동

자기 체력의 60% 정도의 운동량으로 꾸준히 유산소 운동을 하는 것이 미토콘드리아를 늘리는 방법입니다. 또한 적당한 유산소 운동은 체내에 쌓인 젖산을 분해하는데 도움이 되므로 자전거타기, 걷기, 스트레칭 같은 유산소 운동을 꾸준히 하는 것이 좋습니다.


2) 장면역

사람에게 행복감과 안정감을 주는 신경전달 물질과 호르몬 생성에 영향을 주는 멜라토닌, 세로토닌, 도파민 등은 장 속에 있는 100조가 넘는 미생물들의 도움을 받아 생성됩니다. 또한 인체의 면역세포를 훈련시키는 곳이 장이기 때문에 면역에 문제가 생기면 미토콘드리아에도 문제가 생길 수 있습니다. 


3) 바른 자세

미토콘드리아가 많이 분포되어있는 등근육을 곧게 펴는 것은 미토콘드리아의 양을 늘리는 중요한 동작이며 내장에 충분한 공간을 주어 장기들이 제 일을 하는데 쾌적한 환경을 만들어주는 중요한 일입니다. 


4)생활습관 계선

활성산소를 줄이는 비타민과 미네랄 등 항산화 물질이 많이 들어있는 식품을 섭취하고, 바른 자세를 유지하는 것이 미토콘드리아를 늘리고 건강을 유지하는 좋은 습관이 됩니다.

 

 

 

 

 

 

활성산소

활성산소(영어: reactive oxygen species, ROS) 또는 활성산소종은 산소 원자를 포함한, 화학적으로 반응성 있는 분자이다. 생물체내에서 생성되는 산소의 화합물로 생체 조직을 공격하고 세포를 손상시키는 산화력이 강한 산소이다. 분자들은 산소이온 그리고 과산화수소를 포함하고 있으며, 짝지어지지 않은 전자 때문에 반응성이 매우 높다. 활성산소는 산소의 정상적인 대사과정에서 생기는 것으로 알려져 있으며, 세포신호와 항상성에서 역할을 하는것으로 알려져있다.[1] 그러나 활성산소의 농도는 자외선이나 높은 열에 노출되는 것처럼 환경적인 스트레스로서 급증할 위험이 존재하며[1] 이것이 세포구조를 손상시킬 수 있다. 이른바 산화적 스트레스라고 불리는 이 현상을 통해 과도하게 늘어난 활성산소는 마구잡이로 반응을 일으켜 생명체의 몸에 유해한 물질로 작동할 수 있다. 활성산소는 또한 전리 방사선과 같은 외인적인 요인으로도 생성될 수도 있다.

산소는 우리가 사는데 필수불가결한 존재다. 하지만 이 산소는 또한 우리 몸을 녹슬게 하는 존재이기도 하다. 철은 오래되면 녹이 스는데 그 이유는 공기 중의 산소와 결합해 산화됐기 때문이다. 그래서 쇠못은 약해져 쓸모없게 되며 광택이 나던 금속들은 지저분해져 보기 싫게 변한다. 그런데 이런 산화과정이 금속뿐만 아니라 우리 몸에서도 일어난다.
 
산소는 우리에게 에너지를 얻게 해주는 대신 몸을 녹슬게도 하는데, 이는 인류 질병의 90%와 관련이 있으며 인간이 노화하는 원인제공을 하기도 한다.

짝을 찾아다니는 납치범 활성산소

사람은 살아가기 위해 음식물을 섭취한다. 그럼 우리 몸은 이 음식물을 소화효소를 사용해 분해하고, 그 과정에서 나온 에너지를 살아가는데 사용한다. 소화로 인해 흡수된 양분은 세포 소기관인 미토콘드리아에서 적혈구가 가져온 산소와 결합해 산화한다. 이 과정에서 에너지와 열을 발생시키고, 이는 세포들이 살아가는 에너지가 된다. 즉 미토콘드리아라는 공장에서 음식영양분을 연료로 에너지를 만들어내고 있는 것이다. 하지만 공장에서는 매연이나 폐수가 나오기 마련, 우리의 작은 세포 안 공장도 오염물질을 내뱉는다.

활성산소가 바로 그것이다. 호흡할 때 체내에 들어오는 산소의 2~3%정도가 완전히 산화하지 못하고 불안정해진 활성산소가 된다. 이런 종류의 원자를 자유라디칼(free radical)이라고 부르는데, 짝을 짓지 못한 전자를 가지고 있어 반응성이 매우 크다. 반응성이 크다는 것은 다른 원소들과 쉽게, 그리고 빠르게 결합할 수 있다는 의미이며 활성산소도 이에 속한다.

즉 활성산소는 짝을 만들고 싶어 체내를 돌아다니며 호시탐탐 다른 원소들을 노리는 무서운 존재라고 할 수 있다. 활성 산소는 짝 잃은 전자를 무기로 이미 잘 결합돼 있는 원소들 사이로 다가가 그 결합을 끊고 안정된 원소들을 납치해 간다. 그렇게 되면 활성산소 때문에 짝을 잃은 다른 원자들도 불안정해지며 이는 곧 세포의 붕괴로 이어진다.

이 무서운 활성산소는 체내의 무법자다. 우선 세포외벽인 세포막을 공격해 세포의 구조를 무너뜨리고 세포내의 다른 기관들도 공격하게 된다. 이 과정에서 우리 몸은 면역력을 잃게 돼 당뇨병, 암 등의 질병으로 이어진다. 그리고 활성산소가 유전자를 파괴하게 되면 세포의 재생능력이 떨어지기 때문에 관절염이나 백내장 등의 퇴행성 질환이 생기는 원인이 되기도 하며 인체의 노화를 촉진시킨다.


하지만 활성산소가 없다면 또 다른 문제가 생긴다. 활성산소가 다른 물질과 쉽게 반응해 산화를 일으킨다는 점은 우리 몸에 바이러스나 세균이 침입했을 때 매우 도움을 준다. 사실 우리 몸의 파수꾼이라 알려진 백혈구도 활성산소를 만들어 병균을 공격하기도 한다. 활성산소가 우리 몸에 침입한 세균이나 바이러스와 결합함으로써 힘을 못 쓰게 만드는 것이다.

이 외에 항암제 또한 활성산소를 발생시켜 암세포를 공격하게 하며 장내에 세균침입 시 ‘듀옥스’란 효소도 활성산소를 만들어 세균을 없앤다. 활성산소는 이렇게 살균작용과 면역력을 높이는 도움을 주기도 하기 때문에 없어서는 안될 존재이기도 하다. 다만 그 양이 지나치게 많을 경우 세균과 바이러스로 모자라 정상적인 세포를 파괴하게 된다.

스트레스, 과음, 흡연이 나쁜 이유

앞서 말했듯이 호흡 시 사용된 산소의 2~3%정도가 완전히 산화되지 못하고 활성산소로 남게 되기도 하며 살균작용을 하기 위해 만들어진 활성산소들도 세균과 모두 결합하지 못하고 남기도 한다. 이런 경우의 활성 산소는 조절하기 힘들지만, 사람의 의지로 조절 가능한 경우들도 있다. 

그 중 스트레스는 활성산소를 만드는 가장 큰 원인으로 꼽힌다.
 
사람이 스트레스를 받으면 아드레날린을 비롯한 호르몬들이 분비돼 몸을 스트레스의 원인으로부터 보호하려고 긴장상태에 들어간다. 이 과정에서 신체기관들에 많은 혈액을 보내려 맥박과 혈압이 증가하고 호흡이 빨라진다.

여기엔 당연히 평소보다 많은 양의 에너지가 필요하게 되고 빨라진 호흡만큼이나 많은 산소들이 에너지를 만드는데 사용되면서 그만큼 활성산소의 발생량이 증가한다. 활성산소가 인간의 거의 모든 질환의 원인이 되는 것을 생각할 때 ‘스트레스는 만병의 근원’이라는 말이 딱 맞는다.

또 스트레스와 함께 대표적인 인체의 적이 하나 더 있다면 바로 담배일 것이다. 담배연기엔 타르와 니코틴 같은 유해물질은 물론, 활성산소의 일종인 과산화수소도 포함돼 있어 체내에 많은 활성산소를 발생시킨다.

이외에도 과음이나 과도한 운동, 과식 등도 활성산소 발생을 증가시키는 원인들이다. 모두 살면서 몸에 좋지 않다고 귀에 못이 박히게 들어본 것들이다. 역시 옛말엔 틀린 것이 하나도 없다.