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DNA 손상을 복구하는 메커니즘

2018.08.23





신체는 손상된 DNA를 회복시키는 기능을 갖고 있지만, 이는 사람마다 차이가 있다. DNA 손상을 회복하는 능력은 연령대가 증가할수록 신체가 노화될수록 저하된다. 이는 반대로 DNA를 복원할 수 있는 유전자가 많을수록 복원 능력이 높다는 것을 의미한다. 이에 피부 노화를 극복하기 위한 최신 안티에이징 연구들의 핵심은 이러한 과학적인 가설을 바탕으로, DNA 자체를 바꾸는 게 아니라 외부 환경에서 받은 손상을 제거해 DNA를 복원하는 것에 있다. 신체는 면역 시스템이 지닌 고유의 자가 치유 능력으로 DNA 손상을 회복할 수 있다. 세포는 방어를 위하여 필요한 모든 것을 동원한다. 만약 어떤 결함들이 발견되면 복구 시스템이 활성화되어 지속적으로 유전 정보 저장소를 조정한다. DNA 복구에 참여하는 효소들은 지금까지 130개 이상 밝혀졌다. 이 효소들은 서로 다른 복구 시스템 안에서 통합되고 손상 유형에 따라 각각 상이하게 활성화된다.

DNA 손상과 복구의 원칙을 보다 쉽게 이해하기 위해 자외선에 세포가 노출된 실험을 예로 들 수 있다. 자외선에 세포가 장시간 노출되면 DNA 안에 있는 서로 인접한 두 개의 티민(Thymin) 염기가 잘못 연결되어 세포에 돌연변이가 생긴다. 두 분자 사이에서 티민 이합체(Thymin-Dimer)가 만들어지는데, 이를 연결하는 전자들은 서로 마주 보며 놓여 있는 DNA 나선에서 소실되고, 소실된 DNA 분자는 티민 이합체가 있는 자리에서 일부 변형이 발생한다. DNA 복구 시스템이 이러한 손상을 알아채면, 서로 다른 효소들을 빠르게 활성화시켜 손상된 DNA 나선을 떼어내고, 손상되지 않은 DNA 나선을 재료로 삼아 새로운 DNA 합성을 시작하여 손상을 복구한다. 피부는 이러한 자체적인 DNA 복구 시스템을 언제나 풀가동하고 있다. 하지만 자외선, 그리고 DNA에 손상을 주는 환경적인 자극 요소에 오래 노출될수록, 피부 세포는 할 일이 점점 더 증가하고, 많아져 문제가 발생하거나 복구가 늦어지게 된다. 최근 손상된 DNA 복구 메커니즘에 대해 밝혀진 내용들을 살펴보면 다음과 같다.







1 최초의 DNA 회복 효소 T4N5
DNA 회복 활동을 수행하는 것으로 알려진 최초의 효소는 T4N5이다. 48주간에 걸쳐 T4N5를 자외선차단제에 활용한 연구 결과에 따르면 자외선각화증(DNA 손상에 의한 암 이전 상태의 병변)의 보통의 진전 결과를 보였다. 자외선차단제의 사용이 결과의 핵심 요인이었는지는 아직까지 불분명하지만, 전문가들은 장기적으로 보았을 때 T4N5가 DNA 건강과 회복에 유익한 효과를 가진다고 전망하고 있다.


2 광회복효소 Photolyase
스킨케어에서 사용되는 포토리아제(Photolyase)는 해양 플랑크톤에서 파생되었으며 아나시스티스 니둘란스의 플랑크톤 추출물이다. 스킨케어에서 포토리아제의 목적은 세포의 DNA 손상을 복구하며 자외선 노출로 인한 세포사를 방지하는 것이다. 포토리아제를 바른 이후 자외선 노출로 인한 일광화상 세포 형성과 적열을 감소시켰음을 보였다. 그러므로 블루라이트 혹은 기타 광화학 방법들을 사용할 때, 포토리아제는 스킨케어를 위한 또 하나의 방법으로 사용될 수 있다.


3 엘라스틴의 생성과 회복 Zinc Finger Technology
'징크핑거(Zinc Finger Technology)’는 일부 종의 DNA결합 단백질의 DNA결합영역이 취하는 입체구조로, 우리 세포에서 자연적으로 발견된다. 징크핑거를 활용한 기술은 엘라스틴 생성을 촉진하며, DNA의 회복활동을 가속화하는 역할을 한다. 8주간의 국소적 사용 결과, 주름 110% 개선, 눈꺼풀 조임 15%, 자외선 각화증 15% 개선, 피부 광휘 및 광도 32%가 개선되는 효과를 보였다.


4 피부의 자가 회복 지원 AC-11
AC-11은 카르복시, 알킬, 에스테르의 조합으로, 고양이의 발톱에서 나온 성분이다. DNA에 손상이 생겼을 때 이것을 원래대로 복원하는 여러 종류의 효소를 총괄하여 수복효소라고 하는데, DNA에 자외선을 쬐면 DNA 배열상에서 이웃하는 2분자의 티민(T) 사이에 화합 결합이 생겨 티민이량체(thymine dimer, 또한 시토신에서도 일어나므로 일반적으로는 피리미딘 이량체)가 된다. 피리미딘 이량체가 생기면 DNA 합성이나 RNA합성을 할 수 없게 되어 세포는 큰 영향을 받는다. AC-11의 내부 회복 활동에 대해 수행된 대부분의 임상 연구들은 정기적인 섭취로 인해 피리미딘 이량체(pyrimidine)의 생성이 약 40% 가까이 줄었음이 연구를 통해 밝혀졌다. 국소 연구들에서 AC-11은 일광화상과 피리미딘 이량체를 감소시켰다. AC-11 성분들은 피부의 자연적인 자가 회복 활동들을 지원하며 이들 중 일부는 직접적인 자외선으로부터 피부를 보호하고 피부의 회춘을 돕는다.







 DNA 손상을 복구하는 Forever Young Skincare
최신 과학 연구와 기술들을 기반으로 DNA 회복과 스킨케어의 가능성들에 대한 연구들이 지속되고 있다. DNA복구 메커니즘을 활용한 성장인자, 줄기세포, 레티놀 등의 성분들이 함유된 다양한 화장품들이 개발되고 등장하 고 있다. 또한 천연 식물 성분들을 응용한 피토사이언스를 바탕으로 보다 피부에 안전하면서도 첨단 테크놀로지 기술을 탑재한 화장품들이 증가하고 있다. 피부에 자극을 일으키지 않고 탄력을 주는 효모에서 유래된 헥사 펩타이드-11, 민감피부에도 안정된 비타민 C의 형태인 마그네슘 아스코빌포스페이트(MAP), 피부에서 비타민 A와 레티놀로 변환 가능하며 세포 재생을 강화시키는  당근오일, 콜라겐 분해 효소로부터 피부를 보호하게 하는 해초성분, 항산화 폴리페놀이 풍부한 골든 캐모마일(염증 진정, 모세혈관 강화) 등에서 추출한 새로운 제품의 연구 또한 활발하게 이루어지고 있다. 노화를 일으키는 유해 환경과 갖가지 스트레스로 노화의 기로에 선 이들을 위해 대표적인 Forever Young Skin care 성분을 소개한다.



쿠퍼 펩타이드 Copper Peptide
노화 방지 성분의 트렌드로 떠오르고 있는 쿠퍼 펩타이드. 구리는 세포수준에서의 에너지 생산, 멜라닌의 생성, 콜라겐 및 엘라스틴의 생성에 관여하여 뼈, 연골, 피부 조직을 유지하고 면역기능을 높이는 역할을 한다. 뿐만 아니라 미토콘드리아 내 전자 전달계의 마지막 과정에서 ATP 생성에 관여하며, 항산화 효소인 SOD에 결합되어 세포의 산화적 손상을 방지하는 것으로 알려져 있다. 펩타이드와 결합하였을 때 자외선에 의해 손상된 피부와 흉터를 개선하기 위한 매우 훌륭한 성분으로 작용한다. 콜라겐 합성과 엘라스틴, 프로테오글리칸, 글리코스아미노글리칸(GAGs) 등 피부의 구조를 지지하는 요소들의 합성을 촉진시킨다. 피부에 자극이 없어 레티놀을 사용하기 어려운 민감성 피부에 좋은 대안이 될 수 있다.

아세틸 헥사 펩타이드-8 Mallus domestica
일명 보톡스 펩타이드라고도 불리는 성분. 저분자 펩타이드 성분으로 피부 흡수가 빠르며, EWG 1등급(안전)으로 안정성 또한 높은 물질로 모든 피부에 자극없이 사용 가능하다는 것이 장점이다. 피부에 적용 시 신경전달물질인 카테콜라민(Catecholamine)의 작용과 세틸콜린(ACH,acetylcholine)의 방출을 억제하여 근육수축을 약화시킴으로써 주름의 발생을 감소시키는 보툴리움 톡신의 단백질과 유사한 기전을 발휘한다. 피부에 콜라겐이 감소하고 있다는 착각을 일으켜, 피부로 하여금 더 많은 콜라겐을 생성시키도록 유도한다.

알파 리포산 Mallus domestica
강력한 항산화제로서 체내 존재하는 활성산소를 제거하여 미세한 주름을 완화시키고 모공을 감소시키며 피부를 젊고 건강하게 유지시켜준다.

코엔자임 Q 10 Coenzyme Q 10
나이가 들수록 체내 천연 코엔자임 Q10의 수치가 감소하게 되어, 피부의 손상을 방어하고 복구하는 능력이 현저히 떨어진다. 코엔자임 Q10은 동안 피부를 유지하기 위한 기반을 구축하는 강력한 산화방지제로, 피부를 형성하는 탄력섬유들을 보호하는 역할을 한다.

사과 줄기 세포 Mallus domestica
사과 줄기 세포는 식물 영양소와 단백질이 풍부하며 표피 전구 세포의 생존과 복제를 향상시키는 데 잠재적인 이점을 지니고 있다. 산화 스트레스로부터 피부를 보호하고 섬유아세포의 생존을 연장시키며 피부 DNA 복구를 향상시키는 역할을 한다.

비타민 B Vitamin B
필수 비타민인 비타민 B는 스킨케어 제품에 여러 형태와 복합체로 함유될 수 있다. 하지만 모든 비타민 B 유도체의 기능은 동일하다. 단단하고 건강한 피부를 유지하기 위한 연료를 공급하고 손상된 세포를 치유하고 재생시키는 역할을 한다. 특히 보습제에 함유되었을 때 보다 탁월한 효과를 발휘할 수 있다.

에델바이스 Leontopodium alpinum
에델바이스는 피레네 산맥과 알프스 산맥에서 히말라야 산맥으로 자라는 초본 식물로, 극한의 고도에서도 생존하며 강력한 자외선 노출로부터 자신을 보호하는 방어 메커니즘을 갖고 있다. 이러한 에델바이스의 강력한 항산화 능력은 피부를 산화 스트레스와 염증으로부터 보호하고, 히알루론산을 분해하는 효소인 히알루로니다제와 콜라겐을 분해하는 효소들의 분비를 억제시킨다.

스노우 플레이크 Leucojum Aestivum
극한의 기후에서도 살아남는 능력을 지닌 서머 스노우 플레이크는 세포의 증식을 늦춰 노화를 지연시킨다. 또한 멜라닌 세포 증식과 합성을 감소시켜 브라이트닝 효과를 발휘, 근육 수축에 보톡스와 같은 효과로 근육 세포를 이완시켜 주름을 완화시키고 피부를 부드럽게 만든다.

아르간 줄기세포 Argania Spinosa
아르간 줄기세포는 피부의 세포 화전율을 자극하여 콜라겐과 엘라스틴의 생산을 증가시킨다. 이를 통해 피부의 탄력 저하와 주름 생성을 예방하고 시간의 흐름에 따른 자연적 노화 현상을 지연시키는 역할을 한다.





 References   1. Lodish, H., et al. Molecular Biology of the Cell, 5th ed. (New York, Freeman, 2004) 2. Grossman, D. Leffell, D The molecular basis of nonmelanoma skin cancer. Arch Dermatol. 1997;133;1263-1270 3. Kazak L Reyes A, Holt IJ. Minimizing the damage: repair pathways keep mitochondrial DNA intact. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Oct;13(10):659-71 4. DeBoyes, T. (2010). Reduced number of actinic keratoses with topical application of DNA repair enzyme creams. Journal of Drugs in Dermatology (1545–9616), 9 (12), p. 1519 5. Stege, H., Roza, L., Vink, A. A., Grewe, M., Ruzicka, T., GretherBeck, S., & Krutmann, J. (2000). Enzyme plus light therapy to repair DNA damage in ultraviolet-Birradiated human skin. Proceedings of the National Academy of Sciences 97(4): 1790–1795. Published online 2000 January 31. doi:10.1073/pnas.O30528897 6. Ke, M. S., Camouse, M. M., Swain, F. R., Oshtory, S., Matsui, M., Mammone, T., . . . Baron, E. D. (2007). UV protective effects of DNA repair enzymes and RNA lotion. Photochemistry and Photobiology Photochem Photobiol, 84:180–184 7. Mammone T., Gan D., Giampapa V, Pero R.W. (2004). A water soluble extract of Uncaria tomentosa (cat's claw) is a potent enhancer of DNA repair in primary organ cultures of human skin. Data on File, Optigenex Inc., New York, NY.








 

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