노화

Senescence
Supercentenarian Ann Pouder(1807년 4월 8일~1917년 7월 10일)는 110번째 생일에 사진을 찍었다.주름진 얼굴은 노년기에 흔하다.

노화(/sˈnss/) 또는 생물학적 노화는 살아있는 유기체의 기능적 특성이 점차적으로 악화되는 것이다.노화라는 단어는 세포의 노화 또는 전체 유기체의 노화를 나타낼 수 있다.유기체 노화는 적어도 유기체 수명 주기의 후반부에서 연령 증가에 따른 사망률의 증가 및/또는 번식력의 감소를 포함한다.

노화는 세균-소마 [1][2]분리를 가진 거의 모든 다세포 유기체의 불가피한 운명이지만, 지연될 수 있다.1934년 칼로리 제한이 쥐의 수명을 50% 연장할 수 있다는 발견과 히드라와 같은 노화와 잠재적으로 불멸의 유기체를 가진 종의 존재는 노화를 지연시키고 이에 따라 노화와 관련된 질병을 지연시키는 연구에 동기를 부여했다.희귀한 인간 돌연변이는 가속 노화 질환을 일으킬 수 있다.

환경적 요인이 노화에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 자외선에 과도하게 노출되면 피부 노화가 가속화됩니다.신체 부위마다 노화 속도가 다를 수 있습니다.같은 종의 두 유기체 또한 생물학적 노화와 연대적 노화의 개념을 구별하여 다른 속도로 노화할 수 있다.

정의와 특징

유기체 노화는 유기체 전체의 노화이다.보험수리적 노화는 사망률의 증가 및/또는 연령에 따른 출산율의 감소로 정의할 수 있다.곰퍼츠-메이크햄 사망률의 법칙에 따르면 사망률의 연령 의존 요소는 연령에 따라 기하급수적으로 증가한다고 한다.

노화는 스트레스에 대한 반응 능력 저하, 항상성 불균형 증가, 암과 심장병 노화와 관련된 질병의 위험 증가로 특징지어진다.노화는 "생리적 기능의 점진적 악화, 생존력 상실과 취약성 [3]증가의 내재적 노화 관련 과정"으로 정의되어 왔다.

2013년, 한 과학자 집단은 포유류에 중점을 둔 유기체 간에 공통적으로 나타나는 9가지 노화의 특징을 정의했다.

환경은 다양한 수준의 손상, 예를 들어 DNA 손상산소 라디칼(유리기)에 의한 조직과 세포 손상을 유발하며, 이러한 손상 중 일부는 복구되지 않아 시간이 [5]지남에 따라 축적된다.생식세포가 아닌 체세포에서 복제하는 것은 더 높은 초기 손상으로 생명을 시작할 수 있다.복제양 돌리는 전염성 폐질환으로 젊은 나이에 죽었지만, 사망률을 측정하고 [citation needed]노화를 정량화하기 위해서는 복제된 개체 전체 인구에 대한 데이터가 필요할 것이다.

진화 이론가 조지 윌리엄스는 다음과 같이 썼다. "외관상으로는 기적적으로 보이는 형태 형성의 위업 후에, 복잡한 변형 동물이 이미 형성된 것을 유지하는 훨씬 더 단순한 작업을 수행할 수 없다는 것은 주목할 만한 일이다."[6]

종간의 변화

연령에 따라 사망률이 증가하는 다른 속도는 종마다 다른 최대 수명에 해당한다.예를 들어, 는 3살, 사람은 80살,[7][8] 은행나무는 667살에도 거의 늙지 않았다.

세포 분열 시 "어머니"와 "딸" 세포 사이에 비대칭성을 가진 박테리아를 포함한 거의 모든 유기체는 딸이 [9][10]회춘하는 동안 모세포가 노화를 경험하고 있다.Hydra속[11]같은 일부 그룹에서는 무시할 수 있는 노화가 있다.플라나리아 편형동물들은 "증식성이 매우 높은 성인 줄기세포 [12]개체군에 의해 촉진되는 명백하게 무한한 텔로미어 재생 능력을 가지고 있다."이 플라나리아인들은 생물학적으로 불사신이 아니라 나이가 들면서 서서히 사망률이 증가한다.생물학적으로 불멸이라고 생각되는 유기체는 [13]어른이 되었을 때 스트레스를 받을 때 젊음으로 되돌아가는 능력 때문에 한 가지 예로 "불멸의 해파리"라고도 알려진 Turritopsis dohrni일 것이다.생식계는 온전하게 남아 있는 것으로 관찰되고 있으며, 심지어 도르니의 생식선도 존재한다.[14]

일부 종은 생식 능력이 증가하거나 안정되고 나이가 들면서 사망률이 낮아지는 "음성 노화"를 나타내며,[15] 이는 노화 시 신체 크기가 증가한다는 이점 때문이다.

노화 이론

노화의 [16]본질과 원인을 설명하기 위해 300개 이상의 다른 이론들이 제시되었다.좋은 이론은 과거의 관측을 설명하고 미래의 실험 결과를 예측할 수 있을 것이다.

노화 이론은 크게 노화의 진화 이론과 노화의 기계 이론 두 가지로 분류된다.노화의 진화 이론은 주로 노화가 [17]일어나는 이유를 설명하지만, 그 과정을 이끄는 분자 메커니즘에는 관여하지 않습니다.노화에 대한 모든 진화론은 나이가 [18][19]들수록 자연선택의 힘이 감소한다는 기본 메커니즘에 있다.노화의 역학적 이론은 노화를 제안하는 이론과 손상 축적 이론, 즉 시간에 따른 특정 분자 변화에 의해 노화가 발생한다고 주장하는 이론으로 나눌 수 있다.

진화 노화 이론

길항다원성

한 이론은 조지 C에 의해 제안되었다. Williams[6] 적대적인 다원성을 포함한다.하나의 유전자가 여러 가지 특징에 영향을 미칠 수 있다.젊었을 때 건강을 증진시키는 몇몇 특성들은 또한 나중에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.하지만, 많은 사람들이 노년기보다 젊은 나이에 살아 있기 때문에, 작은 긍정적인 효과도 초기에 강하게 선택될 수 있고, 나중에 큰 부정적인 효과도 매우 약하게 선택될 수 있다.Williams는 다음과 같은 예를 제시했습니다.아마도 한 유전자는 뼈에 칼슘이 축적되는 것을 코드화하고, 이것은 어린 시절의 생존을 촉진하고 따라서 자연 도태에 의해 선호될 것이다; 하지만, 이 같은 유전자는 노년에 부정적인 동맥경화 효과를 일으키면서 동맥에 칼슘이 축적되는 것을 촉진한다.따라서, 노년에 해로운 생물학적 변화는 젊었을 때 유익하지만 나중에 해로운 다원성 유전자의 선택에서 비롯될 수 있다.이 경우 피셔의 생식 값이 높을 는 선택 압력이 상대적으로 높고 피셔의 생식 값이 낮을 때는 상대적으로 낮습니다.

암 대 세포 노화 트레이드오프 이론

다세포 유기체 내의 노화 세포는 세포 간의 경쟁에 의해 제거될 수 있지만, 이것은 암의 위험을 증가시킨다.이는 두 가지 가능성, 즉 생리적으로 쓸모없는 노화 세포의 축적과 암 사이에 피할 수 없는 딜레마를 초래하며, 둘 다 나이가 [2]들수록 사망률을 증가시킨다.

일회용 소마

일회용 노화 소마 이론은 1977년 [1][20]토마스 커크우드에 의해 제안되었다.노화는 현실적으로 [21]생존 가능성이 있는 한 소마 유지에만 투자하는 전략에서 비롯된다는 이론이다.자원을 더 효율적으로 사용하는 종은 더 오래 살 것이고, 따라서 유전 정보를 다음 세대에 물려줄 수 있다.생식 수요가 높기 때문에 생식세포에 비해 생식세포와 종의 [22]생존에 중점을 두기 위해 체세포의 수리 및 유지에 드는 노력이 적다.

프로그래밍된 에이징 이론

프로그램된 노화 이론은 노화가 적응적이며, 일반적으로 진화 가능성 또는 그룹 선택을 호출한다고 가정합니다.

생식 세포 순환 이론은 노화가 수명 [23]동안 호르몬 신호 변화에 의해 조절된다는 것을 암시합니다.

극소수의 과학자들만이 노화가 프로그램되어 있다고 믿고 있으며, 대다수의 과학자들은 노화가 일종의 손상 [24]축적에 의한 것이라고 믿고 있다.

피해 축적 이론

노화의 자유 급진 이론

가장 두드러진 노화 이론 중 하나는 1956년 [25]하먼에 의해 처음 제안되었다.그것은 용해된 산소, 방사선, 세포 호흡 및 다른 원천에 의해 생성된 활성산소가 세포 내의 분자 기계에 손상을 입히고 점차 그것들을 마모시킨다고 가정한다.이것은 산화 스트레스라고도 알려져 있다.

이 이론을 뒷받침할 실질적인 증거가 있다.늙은 동물들은 어린 [26][27]동물들보다 더 많은 양의 산화 단백질, DNA 그리고 지질들을 가지고 있다.

화학적 손상

에드워드 S에 의해 촬영된 나이든 클라마스 여성. 1924년 커티스

가장 초기의 노화 이론 중 하나는 1928년[28] 레이먼드 펄에 의해 기술된 생활 속도 가설(Max Rubner의 초기 연구에 기초함)으로, 빠른 기초 대사율은 짧은 최대 수명에 해당한다는 것이다.

신진대사의 부산물인 다양한 유형의 특정 손상에 대해, 다른 모든 것들이 동일하다면, 빠른 신진대사는 수명을 감소시킬 수 있다는 생각에 어느 정도 타당성이 있을 수 있지만, 일반적으로 이 이론은 종 내 또는 종 간의 수명 차이를 적절하게 설명하지 못한다.열량이 제한된 동물들은 그들의 지방질량을 섭취한 동물들처럼 그램 당 또는 그 이상의 칼로리를 처리하지만,[citation needed] 훨씬 더 긴 수명을 보입니다.마찬가지로, 대사율은 조류, 박쥐 및 다른 종의 수명에 대한 좋지 않은 예측 변수이며, 이는 포식으로 인한 사망률을 감소시켰으며, 따라서 매우 [29]높은 대사율에도 불구하고 긴 수명을 진화시켰다.2007년 분석에서 신체 크기와 계통 발생의 영향을 보정하는 최신 통계 방법을 사용할 경우, 대사율은 포유류나 조류의 [30]수명과 상관관계가 없는 것으로 나타났다.

대사에 의한 특정 유형의 화학적 손상에 대해서는 산소, 설탕 체내 유비쿼터스 화학작용에 의한 구조단백질이나 DNA 등의 장수명 생체고분자의 손상이 노화의 원인이 되는 것으로 생각된다.손상에는 생체 고분자 사슬의 파손, 생체 고분자의 가교 또는 생체 [citation needed]고분자에 대한 부자연스러운 치환기(합텐스)의 화학적 부착이 포함될 수 있습니다.정상적인 유산소 조건 하에서, 미토콘드리아에 의해 대사되는 산소의 약 4%가 과산화수소, 수산기, 그리고 궁극적으로 다른 과산화물단일한 산소를 포함한 다른 반응성 으로 전환될 수 있으며, 이는 차례로 스트론을 손상시킬 수 있는 유리기를 생성할 수 있다.세포단백질과 [5]DNA입니다.구리와 철과 같은 체내에서 발견되는 특정 금속 이온이 이 과정에 참여할 수 있습니다.(신체가 구리를 보유하게 하는 유전적 결함인 윌슨병의 경우, 일부 증상은 가속 노화와 유사합니다.)산화 스트레스라고 불리는 이러한 과정은 예를 들어 커피,[31] 레드와인[32]차와 같은 식이성 폴리페놀 항산화제의 잠재적 이점과 관련이 있습니다.

포도당과 과당과 같은 은 당첨가물을 생성하기 위해 리신이나 아르기닌과 같은 특정 아미노산과 구아닌과 같은 특정 DNA 염기들과 반응할 수 있는데, 이것은 당첨가라고 불리는 과정입니다.이러한 부가물은 반응성 종을 형성하기 위해 재배열될 수 있으며, 이것은 구조 단백질이나 DNA를 유사한 생체 고분자나 비구조 단백질과 같은 다른 생체 분자와 가교할 수 있습니다.혈당이 상승당뇨병 환자는 일반인보다 훨씬 일찍 노화 관련 질환이 발생하지만 혈당 수치를 엄격하게 조절함으로써 이러한 장애를 지연시킬 수 있다.당화라고 불리는 과정에서 설탕 손상이 산화제 손상과 관련이 있다는 증거가 있다.

활성산소는 단백질, 지질 또는 DNA를 손상시킬 수 있습니다.당화는 주로 단백질을 손상시킨다.손상된 단백질과 지질은 리포푸신으로서 리소좀에 축적된다.구조 단백질의 화학적 손상은 기능 상실로 이어질 수 있다. 예를 들어 혈관벽의 콜라겐 손상은 혈관벽의 경직과 혈관벽의 비후와 반응성 조직 형성(아테롬성 동맥경화증)을 초래할 수 있다. 신장에서의 유사한 과정이 신부전을 초래할 수 있다.효소의 손상은 세포 기능을 감소시킨다.미토콘드리아 내막의 지질 과산화 작용은 전위와 에너지 생성 능력을 감소시킨다.소위 "가속 노화 질환"이라고 불리는 거의 모든 것이 DNA 복구 [33][34]효소의 결함 때문이라는 것은 아마 우연이 아닐 것이다.

알코올이 노화에 미치는 영향은 알코올이 HPA 축을 활성화하여 글루코콜티코이드 분비를 촉진하고 장기간 노출되어 [35]노화의 증상을 일으키는 것으로 부분적으로 설명될 수 있다고 생각된다.

돌연변이 축적

자연 도태는 생식 후에 효과가 느껴진다면 치명적이고 해로운 대립 유전자를 지원할 수 있다.유전학자 J. B. S. Haldane은 왜 헌팅턴병을 일으키는 지배적인 돌연변이가 개체군에 남아 있는지, 그리고 왜 자연 선택이 그것을 제거하지 않았는지 궁금했다.이 신경 질환의 시작은 평균 45세이며, 10-20년 이내에 반드시 치명적이다.Haldane은 인간의 선사시대에는 45세까지 살아남은 사람이 거의 없었다고 추정했다.고령에 생존한 사람은 거의 없고, 따라서 다음 세대에 대한 그들의 기여는 젊은 연령층의 큰 집단들에 비해 작았기 때문에, 그러한 늦은 작용의 유해 변이에 대한 선택 힘은 그에 상응하여 작았다.따라서, 말기 유해 변이의 유전적 부하는 돌연변이 선택 균형에서 상당할 수 있다.이 개념은 선택 [36]그림자로 알려지게 되었다.

피터 메다와르[37][38]노화의 돌연변이 축적 이론에서 이 관찰을 공식화했다."자연선택의 힘은 나이가 들수록 약해집니다. 이론적으로 불멸의 개체군에서도 실제 사망 위험에 노출될 경우만 해당됩니다.만약 유전적인 재난이 일어난다면...그 결과는 전혀 중요하지 않을 수 있다"고 말했다.'초노화 사망률'이라고 불리는, 연령에 구애받지 않는 위험, 질병, 사고와 같은 위험은 노화가 거의 없는 인구라도 노년층에서 생존하는 개체 수가 더 적다는 것을 의미한다.

노화의 바이오마커

만약 다른 개인들이 다른 속도로 늙는다면, 번식력, 사망률, 그리고 기능적 능력은 연대기 [39][40]나이보다 생물지표에 의해 더 잘 예측될 수 있다.하지만,[41] 머리카락의 희끗희끗한 모습, 피부 주름, 그리고 노화에 따른 다른 일반적인 변화는 연대기 나이보다 미래의 기능을 더 잘 보여주는 지표는 아니다.생물학자들도 노화의 바이오마커를 찾고 검증하기 위한 노력을 계속하고 있지만, 지금까지의 성공은 제한적이었다.CD4CD8 메모리 T세포와 순진한 T세포의 수준은 중년 [42]생쥐의 예상 수명에 대한 좋은 예측을 제공하기 위해 사용되어 왔다.

인간의 연대기적 [43]나이를 예측할 수 있는 능력을 바탕으로 노화의 바이오마커로서의 후생시계에 관심이 있다.기본적인 혈액 생화학 및 세포 수 또한 연대기적 [44]나이를 정확하게 예측하기 위해 사용될 수 있다.또한 트랜스크립트롬의 [45]노화시계를 사용하여 인간의 연대기적 나이를 예측하는 것도 가능하다.

노화의 유전적 결정인자

단순한 발아 효모인 사카로미세스 세레비시아에서 케노하브디티스 엘레강스초파리 같은 벌레(드로소필라 멜라노가스터)까지 모델 유기체를 사용하여 노화의 많은 유전적 성분이 확인되었다.이러한 유기체에 대한 연구는 적어도 두 개의 보존된 노화 경로의 존재를 밝혀냈다.

유전자 발현이 불완전하게 제어되어 효모 [46]내 유전자 연구에서 제시된 바와 같이 많은 유전자의 발현 수준의 랜덤 변동은 노화 과정의 원인이 될 수 있다.그럼에도 불구하고 유전적으로 동일한 개별 세포는 외부 자극에 대해 상당히 다른 반응을 보일 수 있고, 후생유전적 요인이 유전적 요인뿐만 아니라 유전자 발현과 노화에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다.

생쥐와 인간의[47] [48]노화에 따라 DNA 이중가닥을 복구하는 능력은 감소한다.

각각 프로제리아라고 불리는 일련의 희귀한 유전 질환이 한동안 알려져 왔다.환자는 피부 주름노화가속화되는 증상을 보인다.허친슨-길포드 프로제리아 증후군의 원인은 2003년 [49]5월 네이처 저널에 보고되었다.이 보고서는 산화적 스트레스가 아닌 DNA 손상이 이러한 형태의 가속 노화의 원인임을 시사한다.

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