Medical, Heath

유전자 활성화 방법에 대한 새로운 이해

장종엽엔에스 2015. 1. 6. 11:21

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-04-01
UC 데이비스((UC Davis )와 브리시티컬럼비아대학교(University of British Columbia)의 연구자들은 메틸화(methylation)에 대한 새로운 이해를 제공하는데, 메틸화는 유전자 발현의 통제를 돕는 핵심적인 과정이다. 즉, 태반 지놈 (placentas genome)의 37%가 부분적 메틸화 도메인(partially methylated domains, PMDs)으로 불리는 메틸화가 비교적 낮게 된 영역(lower methylation)을 포함한다는 것이 이번에 발견되었는데, PMDs에서는 유전자가 발현되지 않는다. 이는 지놈의 70%가 고도로 메틸화되어 있는 대부분의 다른 인체 조직과는 다른 현상이다.
세포 주(cell lines)에서는 PMDs가 확인되어왔지만, 정상적인 인체 조직에서 발견된 것은 이번이 처음이다. 이번 연구 결과는 후성유전체에 대한 이해의 증진뿐만 아니라 암 연구에도 영향을 미칠 수 있으며, 그리고 환경 독소가 태아 발달에 어떤 영향을 미칠 수 있는지를 이해하는 데도 도움이 될 수 있다. 이번 연구 결과는 학술지 Proceedings of the National Academy of Sciences의 인터넷 판에 실렸다.
10년 그 이전, 사람 유전체의 DNA서열이 밝혀진 이래, 사람 유전체는 대중적인 관심 그리고 과학적 관심의 핵심이 되어 왔다. 하지만, 유전체는 단독으로 활동하지 않는다. 즉, 유전자의 발현 유무에는 다수의 요인들이 영향을 미친다. 이 요인들 중 하나가 후성유전적 프로세스인 메틸화이고, 메틸화는 탄소와 수소 원자(메틸기)가 DNA에 결합하는 것으로, 유전자가 발현되는 방법을 조정한다.

“나는 후성유전(epigenetic)을 유전 암호 위에 존재하는 하나의 층으로 생각하고 싶다”고 이번 논문의 선임 저자인 라살(Janine LaSalle) 교수는 말하는데, 그는 병원미생물(medical microbiology) 및 면역학 교수이다. 후성유전은 DNA서열이 아니라 DNA서열 위에 있는 층들이며, 메틸화가 그 첫째 층이라고 한다. 이 층들은 유전자가 어디서, 언제 발현될 것인가에 대한 많은 정보를 세포에게 제공한다.

유전자가 어떻게, 언제 활성화 또는 불활성화되는지는 인체 발달, 암 그리고 환경독소에 대한 생물학적 레거시(legacy)에 심오한 영향을 미칠 수 있다. 선행 연구에서 PMDs는 배양되는 세포 주들에서만 발견되었으며, 이는 시험관 외부에의 PMDs 존재 여부에 대한 의문을 낳았다. 그런데, 이번 연구에서 PMDs가 태반 조직에 존재한다는 것이 확인되었는데, 태반조직은 태아 발달로 향하는 결정적으로 중요한 창구(window)이다. 태반은 모체와 태아 사이의 인터페이스(interface)이다. 그리고 태반은 많은 중요한 메틸화 이벤트들이 일어날 때 만들어진 하나의 타임캡슐(time capsule)로 볼 수 있다.

게다가, 태반조직이 흥미로운 연구 대상이 되는 것은 종종 암과 관련된 다수의 침습적 특성(invasive characteristics)을 태반이 가지고 있기 때문이다. 유방암, 결장암과 같은 다수의 암에 PMDs가 널리 존재한다. PMDs에 대한 이해가 진전되면, 이에 기반하여 메틸화를 조정하는 후성유전적 항암 요법이 더 정밀해질 수 있다고 한다.

또한 이번 연구결과는 유전적 결함의 검출능력을 증진시킬 수도 있다. 메틸화를 비롯한 후성유전적 데이터는 유전체 자체에서 만으로는 발견될 수 없는 정보를 제공한다. 예를 들어, 인체의 방대한 대다수의 세포는 동일한 유전 암호를 가지고 있다. 하지만, 메틸화가 제공하는 부가적 정보를 이용하면, 특정 DNA가 유래된 곳을 확인할 수 있다. 메틸화 패턴(Methylation patterns)은 지문(fingerprints)과 같아서, DNA가 어떤 조직으로부터 유래되었는지를 보여준다고 한다. 그리고, 이 정보는 DNA 서열만으로는 알 수 없는 것이다. 결과적으로 메틸화 연구는 매우 풍부한 바이오마커(biomarkers)의 원천이 될 수 있다는 말이다.

이번 연구에서 PMDs가 태반 지놈의 37%를 차지하고, 여기에 사람의 전체 유전자의 17%정도가 되는 3,815개의 유전자가 포함된다고 한다. PMDs에서 발견되는 이들 유전자는 잘 전사되지 않았다. 또한 이번 연구에서 고도로 메틸화된 CpG 섬(islands- 다수의 구아닌-시토신 쌍이 있는 유전체 상의 영역)이 PMDs에 더 많이 포함되어 있는 것이 발견되었는데, 이 CpG 섬은 유전자 프로모터(promoters)의 전사적 침묵과 종종 관련된다.

태반 지놈의 PMDs에 신경 발달, 특히 자폐증과 관련된 다수의 유전자들이 포함되기 때문에, 앞으로의 연구에서 출생 시에 후성유전체가 자폐증에 어떤 영향을 미치는지를 조사할 수 있을 것이라고 라살 교수는 말한다. 이 연구팀은 생경발생학적 결과를 예측할 수 있는 바이오마커를 찾고 있다는데, 발생 중인 뇌에 환경적 요인이 역할을 하고 있다고 생각되는 핵심적인 기간에 대한 일련의 스냅 샷(snap shots)이 이제 확보되었다고 한다.