[논문 리뷰] Development of aging changes: self-accelerating and inhomogeneous

Jicun Wang-Michelitsch, Thomas M. Michelitsch|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 26.

Genetics, Aging, and Longevity in Model Organisms참고 문헌 3인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 노화 변화인 노화 반점과 동맥경화성 플라크가 잘못된 수리 누적이 주도하는 자가 가속화되고 비균질적인 과정을 통해 발생한다고 제안한다. 잘못된 수리 축적 이론에 따르면, 각각의 잘못된 수리로 인해 인접한 부분 구조물의 손상 민감도가 증가하고 수리 효율성이 감소하여 피드백 루프가 형성되며, 이는 병변의 국소화와 가속화를 초래한다. 이는 노후 반점이 더 빨리 자라며 공간적으로 군집하는 이유를 설명한다.

ABSTRACT

Aging changes including age spots and atherosclerotic plaques develop in an inhomogeneous and accelerated manner. For understanding this phenomenon, some aging changes are analyzed by Misrepair mechanism, a mechanism proposed in Misrepair-accumulation theory. I. Misrepair is a strategy of repair for survival of an organism in situations of severe injuries; however a Misrepair alters the structure of a tissue, a cell or a molecule, which are the sub-structures of an organism. II. Misrepair of a sub-structure also alters the spatial relationship of this sub-structure with its neighbor sub-structures. Thus a Misrepair leads to increased damage-sensitivity and reduced repair-efficiency of these sub-structures. As a result, Misrepairs have a tendency to occur to the sub-structure and its neighbor sub-structures where an old Misrepair has taken place. In return, new Misrepairs will increase again the damage-sensitivity of these sub-structures and the surrounding sub-structures. By such a vicious circle, the frequency of Misrepairs to these sub-structures is increased and the range of affected sub-structures is enlarged after each time of Misrepair. Thus, accumulation of Misrepairs is focalized and self-accelerating. III. Focalized accumulation of Misrepairs leads to formation and growing of a "spot" or "plaque" in a tissue. Growing of a spot is self-accelerating, and old spots grow faster than new ones. New spots tend to develop close to old ones, resulting in an inhomogeneous distribution of spots. In conclusion, the inhomogeneous development of aging changes is a result of self-accelerated and focalized accumulation of Misrepairs; and the process of aging is self-accelerating.

연구 동기 및 목표

• 노화 반점과 동맥경화성 플라크와 같은 노화 변화의 비균질적이고 자가 가속화된 발달을 설명하기 위해.
• 생물학적 부분 구조물(분자, 세포, 조직 수준)의 잘못된 수리가 인접한 구조물의 손상 민감도를 어떻게 증가시키는지 조사하기 위해.
• 이전 수리 오류가 향후 수리 빈도와 공간적 확산을 어떻게 증폭시키는 피드백 메커니즘을 모델링하기 위해.
• 이 메커니즘이 국소화되고 가속화되는 병변 성장과 노화 병변의 비균일 분포를 어떻게 초래하는지 보여주기 위해.
• 노화 병변의 비선형 진행을 이해하는 데 통합적인 프레임워크로서 잘못된 수리 축적 이론을 지지하기 위해.

제안 방법

• 수리 오류의 구조적 및 공간적 결과에 초점을 맞춘 잘못된 수리 축적 이론의 관점에서 노화 변화를 분석한다.
• 잘못된 수리를 생물학적 부분 구조물의 구조적 완전성과 공간적 관계를 변화시키는 과정으로 모델링한다.
• 각 잘못된 수리가 인접한 부분 구조물의 손상 민감도를 증가시키고 수리 효율성을 감소시키는 피드백 메커니즘을 도입한다.
• 이 피드백 루프를 사용하여 조직 수준의 부분 구조물 간 잘못된 수리 축적의 자가 가속화 성격을 시뮬레이션한다.
• 이 과정이 시간이 지남에 따라 증가하는 성장률을 보이는 국소화된 병변 형성으로 이어진다는 것을 보여준다.
• 이 모델을 적용하여 조직 내에서 반점과 플라크의 군집화와 가속화된 성장을 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 잘못된 수리의 축적은 어떻게 자가 가속화되는 노화 변화를 초래하는가?
• RQ2 왜 노화 병변인 반점과 플라크가 균일하지 않은 비균일 분포를 보이는가?
• RQ3 부분 구조물 간의 공간적 관계가 잘못된 수리 후 손상 민감도를 어떻게 증폭시키는가?
• RQ4 이전의 잘못된 수리가 인접한 부분 구조물에서 향후 잘못된 수리의 가능성을 어떻게 증가시키는가?
• RQ5 왜 오래된 병변이 새로 형성된 것보다 더 빨리 자라는가를 설명하는 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• 부분 구조물의 잘못된 수리는 그 자체의 손상 민감도를 증가시키고 수리 효율성을 감소시켜 향후 잘못된 수리 사건을 증폭시키는 피드백 루프를 형성한다.
• 잘못된 수리 부위에 인접한 부분 구조물들도 공간적 관계의 변화로 인해 손상 민감도가 증가하고 수리 효율성이 감소한다.
• 잘못된 수리의 누적 효과로 인해 병변이 국소화되고 가속화되어, 오래된 반점이 새로 생긴 것보다 더 빨리 자라나는 이유를 설명한다.
• 병변은 기존의 잘못된 수리 부위 주변에서 손상 민감도가 증가하는 공간적 전파로 인해 군집하여 형성되고 성장한다.
• 이 과정은 임상 관찰에서 관찰되는 반점과 동맥경화성 플라크의 비균일 분포와 일치하는 노화 병변의 비균일 분포를 초래한다.
• 잘못된 수리 축적의 자가 가속화 성격은 노화 관련 조직 퇴화의 비선형 진행을 기계적으로 설명한다.