[논문 리뷰] Traditional aging theories: which ones are useful?

Jicun Wang-Michelitsch, Thomas M. Michelitsch|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 24.

Genetics, Aging, and Longevity in Model Organisms참고 문헌 53인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 전통적인 노화 이론을 비판적으로 평가하며, 대부분의 이론이 손상 축적과 발달 과정을 간과함으로써 불완전하다고 주장한다. 발달 이론과 손상(고장)-축적 이론이 가장 유용하다고 밝히며, 엔트로피와 복잡성 감소와 같은 물리적 원리도 노화에 광범위하게 적용 가능하다고 강조하면서, 이러한 통찰을 통합하는 새로운 통합 이론의 필요성을 제기한다.

ABSTRACT

Many theories have been proposed to answer two questions on aging: "Why do we age?" and "How do we age?" Among them, evolutionary theories are proposed to interpret the evolutionary advantage of aging, and "saving resources for group benefit" is thought to be the purpose of aging. However for saving resources, a more economic strategy should be to make a rapid death to the individuals who are over the reproduction age rather than to make them aging. Biological theories are proposed to identify the causes and the biological processes of aging. However, some theories including cell senescence/telomere theory, gene-controlling theory, and developmental theory, have unfortunately ignored the influence of damage on aging. Free-radical theory suggests that free radicals by causing intrinsic damage are the main cause of aging. However, even if intracellular free radicals cause injuries, they could be only associated with some but not all of the aging changes. Damage (fault)-accumulation theory predicts that faults as intrinsic damage can accumulate and lead to aging. However, in fact an unrepaired fault could not possibly remain in a living organism, since it can destroy the integrity of tissue structure and cause rapid failure of the organism. These traditional theories are all incomplete on interpreting aging phenomena. Nevertheless, developmental theory and damage (fault)-accumulation theory are more useful, because they have recognized the importance of damage and development process in aging. Some physical theories are useful, because they point out the common characteristics of aging changes, including loss of complexity, consequence of increase of entropy, and failure of information-transmission. An advanced theory, which can include all of these useful ideas in traditional theories, is needed.

연구 동기 및 목표

• 기존의 노화 이론들이 노화의 메커니즘과 진화적 기반을 설명하는 데 얼마나 유용한지 평가하기.
• 자유 라디칼 이론, 텔로미어 이론, 유전자 제어 이론과 같은 주류 이론의 한계를 규명하기.
• 손상 축적과 발달 과정이 노화 이해에 핵심적이라는 점을 주장하기.
• 엔트로피 증가와 복잡성 감소와 같은 물리적 원리가 노화 현상에 보편적으로 적용된다는 점을 부각하기.
• 기존 모델에서 가장 유용한 요소들을 통합하여 새로운 통합 이론을 제안하기.

제안 방법

• 진화적, 생물학적, 물리적 이론을 포함한 주요 전통적 노화 이론에 대한 체계적 검토 및 비판적 분석.
• 각 이론이 '왜 우리는 나이를 먹는가'와 '어떻게 우리는 나이를 먹는가'를 생물학적 타당성과 경험적 근거에 기반해 얼마나 잘 설명하는지 평가하기.
• 내재된 손상(고장)의 역할을 평가하며, 복구되지 않은 고장은 생체 기능 장애로 이어져 지속될 수 없다는 점을 강조하기.
• 엔트로피, 복잡성 감소, 정보 전달 실패와 같은 물리적 원리를 노화에 대한 통합적 프레임워크로 활용하기.
• 이론 간의 비교를 통해 발달 과정과 손상 축적의 인식 정도를 분석하기.
• 기존 이론들에서 가장 유용한 요소들을 통합하여 새로운 종합적 노화 이론의 개념적 기초를 마련하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 전통적 노화 이론이 노화 과정을 이해하는 데 과학적으로 유용한 프레임워크를 제공하는가?
• RQ2 왜 진화 이론은 노화를 자원 절약 메커니즘으로 설명하지 못하는가?
• RQ3 주요 생물학적 이론들이 손상 축적을 간과함으로써 그 설명력이 어떻게 제한되는가?
• RQ4 엔트로피와 복잡성 감소와 같은 물리적 원리는 생물계 전반에 걸쳐 보편적으로 적용되는가?
• RQ5 기존 이론들에서 새로운 더 종합적인 노화 이론에 통합되어야 할 핵심 요소는 무엇인가?

주요 결과

• 자유 라디칼 이론은 부족하다. 자유 라디칼은 일부 노화 변화만 설명할 뿐 전반적인 노화를 설명하지 못한다.
• 세포 노화 이론과 텔로미어 이론은 노화에 있어 내재된 손상 축적의 핵심적 역할을 간과하고 있다.
• 유전자 제어 이론과 발달 이론은 손상 관련 메커니즘을 충분히 반영하지 못해 제한이 있다.
• 손상(고장)-축적 이론은 유용하다. 이 이론은 고장이 생체 기능 장애를 일으켜 지속될 수 없다는 점을 인식하기 때문이다.
• 발달 이론은 가치가 있다. 이 이론은 발달 과정이 노화에 미치는 영향을 포함하기 때문이다.
• 엔트로피 증가, 복잡성 감소, 정보 전달 실패를 강조하는 물리적 이론들은 노화 현상에 광범위하고 보편적인 통찰을 제공한다.