BACKGROUND: 진행성 골격근량 및 기능의 감소로 특징지어지는 근감소증(sarcopenia)은 근육 재생을 저해하고 근육 건강의 저하에 기여하는 노화성 근육 줄기세포의 축적과 연관된다. Cdkn1a는 p21을 암호화하는 잘 알려진 세포 노화의 표지자이다. 그러나 p21 억제가 노화성 근아세포(senescence myoblasts)를 제거하고 분화 능력을 회복시키는지 여부는 아직 불명확하다. METHODS: 우리는 21개월령 Sprague-Dawley 랫드를 사용하여 노화 유발 근감소증과 관련된 유전자를 동정하기 위한 전사체(transcriptomic) 분석을 수행하였다. 근육 노화에서 Cdkn1a 유전자의 특이적 역할을 규명하기 위해, p21의 상향조절과 노화 관련 베타-갈락토시다아제(senescence-associated beta-galactosidase, SA-β-gal) 염색의 증가로 검증된 근아세포에서 세라마이드(ceramide) 유발 노화의 in vitro 모델을 사용하였다. p21을 억제하기 위해, Cdkn1a를 표적하는 소형 간섭 RNA(small interfering RNA, siRNA)로 근아세포를 처리하였다. 형광활성화 세포 선별(fluorescence-activated cell sorting, FACS)을 이용하여 caspase 3/7 활성 수준이 높은 세포와 낮은 세포의 아집단을 분리하였다. 근육형성(myogenesis), 근육 위축(muscle atrophy), 단백질 합성(protein synthesis), 및 세포사멸(apoptosis)과 관련된 단백질 발현은 western blotting으로 정량하였다. RESULTS: 전사체 분석에서 우리는 36개의 공통적으로 상향조절된 유전자 가운데, 노화된 랫드의 가자미근(soleus)과 백색 대퇴-장딴지근(white gastrocnemius) 모두에서 Cdkn1a가 상향조절된 유전자로 확인되었다. Cdkn1a의 상향조절은 미토콘드리아 기능장애와 세포 노화와 연관되어 있는 것으로 보이며, 이는 근감소증 병인에서의 중요성을 시사한다. C2-세라마이드 처리로 p21 발현 증가, SA-β-gal 염색 증가, 근육형성의 감소, 세포사멸의 증가를 통해 세포 노화가 효과적으로 유도되었다. 세라마이드 처리 근아세포에서 p21을 knockdown하였을 때, SA-β-gal 양성 세포가 유의하게 감소하고, 세포 증식이 회복되었으며, 노화 관련 사이토카인(즉, 인터루킨(interleukin, IL)-6 및 종양괴사인자(tumor necrosis factor, TNF)-α)의 발현이 감소하고, 노화성 세포 아집단에서만 선택적으로 세포사멸이 유도되어(세놀리틱 효과) 확인되었다. 특히 p21 억제는 미오신 헤비 체인(myosin heavy chain) 발현 증가와 근관(myotube) 직경 및 융합지수(fusion index)의 개선으로 확인되는 바와 같이, 근아세포의 근관으로의 분화도 향상시켰다. CONCLUSIONS: 본 연구의 결과는 p21 억제가 노화성 세포를 선택적으로 제거하는 동시에 건강한 근아세포의 재생 능력을 동시에 강화함을 시사하며, 이는 결과적으로 근육 재생을 개선하고 근육형성을 촉진하여 궁극적으로 고령 개체에서 근육 건강 및 기능을 향상시킬 수 있을 가능성을 제시한다.