‘네이처 유전학(Nature Genetics)’지 게재 우리대학교 생화학과 김영준 교수 연구팀이 생물정보학(bioinformatics) 기술을 이용하여 유전자 발현 변이의 새로운 원인을 밝혀냈다. 김영준 교수팀의 이번 연구 결과는 유전학 분야에서 최고 권위를 자랑하는 ‘네이처 유전학(Nature Genetics)’지 온라인 판에 1월 29일자에 게재됐다. 유전자의 ‘발현’이란 DNA 정보가 RNA를 거쳐 단백질이 됨으로써 세포 안에서 기능을 하게 되는 과정이다. 동일한 단백질이라 하더라도 어떤 세포, 조직, 혹은 개체 안에서 발현된 단백질의 양은 다른 세포, 조직, 혹은 개체 안에서의 발현량과 크게 다를 수 있다. 예를 들어, 줄기세포로부터 분화되는 모든 세포는 같은 DNA 정보를 가지고 있지만 개별 단백질의 양이 저마다 다르기 때문에 각기 다른 세포로 발달하게 되는 것이다. 또한, 암과 같은 질병조직도 비정상적인 유전자 발현에 의해 발생되고, 각 사람들이 같은 질병에 대해 상이한 감수성을 보이는 현상도 많은 면에서 유전자 발현의 ‘변이’의 영향임이 밝혀지기도 했다. 이러한 유전자 발현 변이의 원인으로 최근에는 노화 및 환경에 의해 유전자에 가역적인 표지 첨삭이 일어나는 것이 보다 더 근본적인 유전자 발현 변이의 원인일지 모른다는 ‘후성 유전학(epigenetics)’ 연구가 분화와 질병의 영역에서 큰 각광을 받고 있다. 후성 유전 인자들은 DNA 정보를 건드리지 않고, DNA 자체 또는 DNA를 감싸고 있는 뉴클레오좀(nucleosome)이라는 구조를 변화시켜 유전자의 발현에 영향을 준다. 그런데 후성 유전 인자가 세포 간이나 개체 간의 유전자 발현의 변이를 얼마만큼 유발할 수 있는가에 대해서는 연구된 바가 없었다. 후성 유전 인자가 유전자 변이를 유도하는 중요한 요소임을 밝혀 김영준 교수의 이번 연구는 후성 유전 인자가 환경 등의 영향에 의한 가역적 유전자 변이를 통하여 세포 간, 개체 간의 변이를 유도하는 아주 중요한 요소라는 것을 밝힌 데에 의의가 있다. 이러한 결과는 주로 ‘유전적 변이’에 의해 유전자 발현 변이가 일어나는 경우에만 관심을 두고 있던 과학계에서는 새로운 시각으로 받아들여질 것으로 보인다. 특히 최근에는 TATA box라 불리는 DNA 서열의 존재가 유전자 발현 변이를 유발한다는 결과들이 사이언스(Science), 네이처(Nature) 등 주요 저널에 보고되었는데, 본 연구에서는 이것의 작용 기작도 후성 유전 인자와 TATA box의 상호 작용에 의한 것으로 밝혔다. 김영준 교수는 이번 연구 성과에 대해 “국내에서 수행된 이번 연구 성과는 향후 활발히 연구가 수행될 후성 유전학과 사람 간의 변이, 환경의 역할, 질병의 유발 메커니즘, 줄기세포 분화 연구 등에서 중요한 근거를 제시해 줄 것이라고 기대된다”고 말했다. 연구팀은 이 연구를 사람으로 확대시켜 사람 간에 존재하는 후성 조절 인자의 유전학적인 차이와 유전자 발현의 변이에 대한 차후 협력 연구도 가능할 것으로 밝혔다. 더 나아가, 그동안 상대적으로 취약했던 이론 생물학, 생물정보학 등의 분야에서도 국제적으로 선도적인 위치를 차지할 수 있는 가능성을 보여줘, 국내 동 분야 연구에 활기를 불어넣을 수 있을 것으로 기대된다. 후성 유전 조절의 작용 기작 ‘Nucleosome’이란 DNA가 histone을 감고 있는 구조를 말하며, 후성 유전학적 변이는 이러한 histone에 modification이 일어나거나 DNA 염기 중 하나에 methylation이 생김으로써 발생한다. 본 연구에서 사용한 연구 방법의 모식도 서로 다른 계통인 BY와 RM 효모를 교배시킨 후 각 후손의 유전자 조절 부위가 BY와 RM 중 어느 쪽으로부터 온 것인지 조사한다. 위 그림에서 유전자 A의 발현 변이를 BY나 RM으로부터 온 후손에 대해서만 계산하면 외부에서 비롯된 유전자 발현 변이만 계산된다. 본 연구에서는 이렇게 외부에서 유발된 변이의 대부분이 후성 유전 인자임을 밝혔다.
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