자가포식 (오토파지) - 단식

 

 

 

 

 

자가포식 (오토파지)

 

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목차

1. 간략하게...

2. 자세하게...

3. 역사

4. ACD(autophagic cell death)

5. 그 외...

6. 관련 있는 거...

 

Autophagy 또는 Autophagocytosis

 

 

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1. 간단하게...

 

오토파지(Autophagy)는 세포가 살아가는 데에 있어서 불필요한 세포 구성 성분을 스스로 파괴하는 것이다. 특히 세포의 영양소가 결핍될 경우 미토콘드리아, 독성 단백질 등을 이중막으로 둘러싼 후 리소좀으로 가수분해를 하여 단백질(영양분)을 재활용한다. 오토파지의 종류로는 macroautophagy, microautophagy, chaperone-mediated autophagy가 있다.

 

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2. 자세하게...

 

오토파지는 에너지가 부족하거나 극심한 스트레스를 받았을 때, 세포가 노화되거나 손상이 일어났을 때 일어난다. 크게 인식과 격리, 오토파고솜 형성, 분해 및 재활용의 3 단계에 걸쳐 일어나는 것으로 알려져 있다.

 

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2.1. "인식과 격리" 단계

오토파지의 시작 단계이며, 세포가 자신의 손상되었거나 혹은 불필요한 구성 요소를 식별하고 격리하기 시작한다. 주로, 손상된 단백질이나 오래된 소기관들이 인식되어 격리된다.

 

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2.2. "오토파고솜 형성" 단계

앞서 격리된 부위를 이중 막으로 둘러싸서 오토파고솜(autophagosome)이라는 리소좀을 형성하여 내부를 분해하는 단계이다.

 

인식 단계에서 ATG(autophagy-related genes)로 알려진 단백질들이 활성화되며, 이 단백질들로 인해 작은 막 구조인 포어를 만들고 이를 확장하여 격리된 세포를 완벽하게 감싸게 된다. 이 리소좀 내부에는 다양한 가수분해 효소가 들어있어 세포 내 손상된 구성 요소들을 분해하고 회수하게 된다.

 

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3. 역사

세포의 구조와 기능에 관한 연구로 노벨상을 수상한 벨기에 과학자 크리스티앙 드 뒤브(Christian du Duve)가 1962년에 'autophagy'라는 이름을 사용하기 시작했다. 그는 세포 소기관이 이중 막으로 둘러싸인 것을 발견하고 이를 오토파지 액포(autophagic vacuole)라고 불렀다.

 

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1988년 일본의 오스미 요시노리 교수가 효모 내부에서의 분해 메커니즘을 규명하는 연구를 하면서 자가포식에 대한 연구는 다시 시작되었고 1992년에 효모 내부에서 이루어지는 자가포식의 과정을 밝혀내는 데 성공하였다. 이듬해인 1993년에는 자가포식에 관여하는 효모 유전자 15개를 찾아내었다.

 

자가포식의 메커니즘을 밝힌 오스미 요시노리는 2016년에 노벨생리학·의학상을 수상하였으며, 2017년 실리콘밸리 노벨상이라 불리는 Breakthrough Prize도 수상하였다. 그 후, 많은 과학자들이 자가포식의 메커니즘을 밝혀내기 위한 연구에 뛰어들었다.

 

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4. ACD(autophagic cell death)

 

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오른쪽이 정상적인 자가포식이고, 왼쪽의 그림이 자가포식으로 세포가 죽는 경우이다. 보이는 것처럼 세 번째 단계까지는 차이가 없으나, 마지막에 이르러서 갑자기 차이가 나타난다. 이 부분에 대한 연구는 아직 확실하게 이루어지지 않았으며, 스트레스가 이를 촉진할 수 있다고 알려졌다.

 

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5. 그 외...

 

만화 토리코에서는 주인공의 최후의 버프기 처럼 사용된다. 일단 한 번 발동되면 일시적으로 체내의 칼로리 제한이 사라지고, 보유한 기술이 상당히 강화되나 5분이라는 제한시간 안에 음식을 먹지 못하면 그대로 죽게 된다. 대신 음식을 먹게 되고 오토파지가 종료되면 몸 속 세포가 이전보다 강화된다.

 

특히 이때 더 맛있는 음식을 먹었을 때, 또는 자신의 세포의 적합식재를 먹었을 때, 일반적인 구르메 세포의 성장과 비교가 안 될 정도로 강화된다. 그러나 시간제한에 뭘 먹지 못한다면 죽으니 말 그대로 이판사판이라 작중 많이 나오는 기술은 아니다.

 

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영화 미식신의 스페셜메뉴에서 기림이 일부러 자신을 굶주려서 오토파지를 발동시키고 엔드로스를 흡수해서 구르메 세포의 강화치를 최대로 끌어올리기도 했다. 그러나 사수 전 이후로는 사천왕 전원이 식의와 식몰을 익힌 덕에 대량의 에너지를 비축해둬서 오토파지가 더 이상 나오지 않는다.

 

만화 켄간 아슈라에서 주인공 토키타 오우마도 '보조 배터리'라는 명칭으로 한번 사용했다. 연속된 격전에서 체내의 열량을 소비하는 중 이마이 코스모와의 싸움에서 체력이 못버티자 일부로 더 격렬히 움직여 모든 에너지를 전부 소모시킴으로서 발동시켰다.

 

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나름 습득 과정도 있는데, 본래 오의 수련 중 몇날 며칠을 휴식도 취하지 못한채 굶다가 의식을 잃기 직전에 갑작스럽게 몸이 가벼워진 것을 느꼈고, 스승은 그 감각에 대해 인간이 극한까지 에너지를 소모하면 보조 배터리가 작동한다는 식으로 오우마가 이해할 수 있는 설명으로 가르쳐주었다.

 

새로운 연구에 따르면 오토파지 단백질 ATG-16.2가 세포 노폐물 관리와 수명 연장에 중요한 역할을 한다고 밝혀졌다. 이 연구는 ATG-16.2가 예상치 못한 방식으로 노화 과정에 관여할 수 있음을 시사하며, 이는 향후 신경 건강 개선과 수명 연장을 위한 유전자 조작 가능성을 열어줄 수 있다고 한다.

 

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UCLA 연구팀이 오토파지 기능 장애가 심부전을 유발할 수 있는 메커니즘을 밝혀냈다. 연구에 따르면, 오토파지의 장애가 NAD+ 수준을 조절하는 신호 경로와 관련이 있으며, 이는 심근 세포의 기능 저하로 이어진다고 했다. 이 발견은 심부전 치료에 새로운 치료법을 제시할 수 있을 것이라고.

 

새로운 광역학 치료(PDT) 연구에서 특정 암 세포를 선택적으로 파괴하는 데 오토파지 메커니즘이 중요한 역할을 한다고 밝혀냈다. 연구진은 새로운 광민감제인 폴필리포프로테인(PLP)이 암 세포 내 오토파지 소체에 축적되어 세포 괴사를 유도하는 과정을 밝혔다. 이는 암 치료 개발에 새로운 가능성을 열어줄 수 있다고 했다.

 

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한 연구에서 연구는 오토파지의 장애가 심장 질환을 악화시키는 데 어떻게 작용하는지에 대한 새로운 통찰을 제공했다. 연구진은 오토파지 기능 장애가 심장 세포에서 NAD+ 수준을 감소시켜 미토콘드리아 및 심장 기능 저하를 초래한다고 밝혔다. 이는 심장 질환 치료를 위한 새로운 접근법을 제시한다.

 

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6. 관련 있는 거...

 

세포생물학

 

미토파지

 

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