이인석 교수 연구팀, 과학기술 문헌 빅데이터 분석을 통한 세계 최대 유전자조절 네트워크 개발

빅데이터 분석과 시스템생물학을 이용한 유전체의학 기반기술 구축

이인석 교수(생명공학) 연구팀은 최근 2천만 개 이상의 과학기술 문헌을 포함하는 빅데이터 분석을 통해 세계 최대 규모의 유전자조절 네트워크인 TRRUST를 개발했다.

인간의 몸에 존재하는 모든 세포들은 동일한 유전자를 가지고 있지만 이들은 세포마다 각각 다르게 발현하기 때문에 수많은 종류의 특이적인 기능을 수행하는 세포들로 분화될 수 있다. 인간 게놈프로젝트가 완성되어 유전체에 존재하는 모든 유전자들이 밝혀진 이후, 유전체의학 연구는 각 세포에 특이적인 유전자의 발현 조절 프로그램과 이들의 이상에 의한 질환 발생의 기전을 이해하는 데 초점을 맞추고 있다. 유전자조절의 기전을 규명하기 위한 ENCODE(Encyclopedia of DNA elements)와 같은 대규모 국제 공동 연구들도 진행되었으나 여전히 각 세포의 특이적인 유전자 발현 조절이 인간의 질병에 미치는 영향에 대한 이해는 매우 미비한 실정이다.

유전자 의 발현조절에 주도적인 역할을 하는 분자로 알려진 것이 바로 전사인자(Transcription Factor)인데, 인간이 가진 약 20,000개의 유전자 가운데 10% 가량인 약 2,000개의 유전자들이 전사인자로 분류되어 있다. 세포의 유전자 조절 프로그램을 연구하기 위해 가장 필요한 정보가 전사인자와 이들이 조절하는 타깃 유전자들의 관계다. 이 정보를 찾아내기 위해 지난 수십 년간 수많은 실험연구가 진행되어 왔지만, 연구 결과들이 방대한 양의 과학기술 문헌에 산재하여 이들을 모아 통합된 유전자조절 네트워크의 큰 그림을 구축하는 것은 유전체의학에서 매우 중요한 연구 목표 중 하나였다. 이전에 발표된 유전자 조절 네트워크들은 그 규모가 크지 않아 세포의 분화와 기능을 조절하는 프로그램의 전체 그림을 보는 데 한계가 있었다.

인간 유전자조절 네트워크의 예시. 적색은 다른 유전자들의 발현을 조절하는 전사인자, 녹색은 전사인자들의 조절을 받는 타깃유전자들을 나타내고 있음.

이인석 교수와 한헌종 박사과정 학생이 주도한 연구팀은 공개되어 있는 2천만 개 이상의 과학기술 문헌 빅데이터를 텍스트마이닝 기술과 전문분야 연구자들의 검증을 거쳐 현재까지 발표된 가자 큰 유전자조절 네트워크 보다 2배 이상의 규모를 가진 유전자조절 네트워크인 TRRUST를 개발하는 데 성공했다. 개발된 유전자조절 네트워크 TRRUST는 자체 분석을 통하여 다양한 질환에 관련된 핵심 전사인자들을 예측하는 것이 가능하며, 연구자들이 컴퓨터 모델링을 통해 구축한 유전자조절 네트워크 모델들을 검증하는 데 필요한 골드스탠더드(Gold Standard) 정보로서의 가치도 매우 높다. 연구팀은 TRRUST를 개방형 웹 서비스 시스템(www.grnpedia.org/trrust)으로 개발하여 제공하고 있으며 현재 유럽 및 북미 바이오 선진국의 수많은 연구자들을 포함한 국내외 연구자들에게 연구기반시스템을 제공하고 있다.

이 교수는 “TRRUST가 향후 질환의 진단과 치료에 이용될 수 있는 핵심 유전자들을 발굴하는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대한다.”고 연구 의의를 밝혔다.

한편, 관련 논문은 해당 연구분야의 권위 있는 국제 학술지 ‘뉴클레익 애시드 리서치(Nucleic Acids Research)’에 최근 게재되었다.