AI가 치매 예측..이 단백질에 변이 생기면 치매 확률 높다

주재열 한국뇌연구원 퇴행성뇌질환연구그룹 선임연구원 연구팀

주재열 한국뇌연구원 퇴행성뇌질환연구그룹 선임연구원 연구팀이 인공지능을 이용해 이용해 치매를 유발하는 새로운 단백질을 찾아냈다. 왼쪽부터 주재열 선임연구원, 김성현 연구원, 양수민 연구원, 임기환 연구원. 한국뇌연구원 제공

국내 연구팀이 인공지능(AI)을 이용해 치매를 유발하는 새로운 단백질 후보를 찾았다.

주재열 한국뇌연구원 퇴행성뇌질환연구그룹 선임연구원 연구팀은 인공지능으로 치매에 걸린 쥐의 유전자를 분석한 결과 신호전달 단백질인 ‘PLCγ1’의 유전자 속 염기에서 변이가 많이 일어난 사실을 알아냈다고 21일 밝혔다. 이 연구결과는 국제 학술지 ‘미국 국립과학원회보(PNAS)’ 19일자 온라인판에 실렸다.

DNA를 구성하는 염기는 단백질 형성에 필요한 염기인 ‘엑손’과 단백질 형성에 관여하지 않는 염기인 ‘인트론’으로 구분된다. 세포 내에서 단백질이 만들어지려면 먼저 DNA를 복제한 뒤 인트론을 잘라내고 단백질 형성에 필요한 엑손을 이어 붙이는 ‘스플라이싱’을 거쳐야 한다. 이때 일부 염기가 변이를 일으켜 다른 염기로 바뀌면 염기를 자르고 붙이는 효소가 제대로 작동하지 않아 비정상적인 단백질이 만들어진다.

해외 연구팀이 2년 전 개발해 국제학술지 ‘셀’에 공개한 '스플라이스AI'(SpliceAI)는 수많은 사람의 유전체 분석 데이터를 학습해 특정 염기가 변이를 일으킬 확률을 계산해 주는 오픈소스 인공지능이다. 

연구팀은 스플라이스AI를 최초로 뇌 질환 연구에 적용했다. 치매에 걸린 쥐의 유전자를 스플라이스AI로 분석해 변이가 일어날 확률이 높은 염기와 해당 염기가 만드는 단백질을 예측한 것이다. 그 결과 14곳의 염기에서 변이가 일어난다는 사실을 확인했고, 특히 신호 전달에 관여하는 핵심 단백질인 PLCγ1의 유전자에도 변이가 발생한다는 사실을 알아냈다.

사람의 PLCγ1 단백질 유전자의 26번째 엑손은 쥐의 PLCγ1 단백질 유전자의 27번째 엑손과 아미노산 서열이 100% 일치한다. 연구팀은 쥐의 PLCγ1의 27번째 엑손에 1개의 염기가 비정상적으로 삽입되면 비정상적인 단백질이 만들어지고 이는 치매에서만 발견되는 현상임을 최초로 확인했다.

주 선임연구원은 "증상이 나타나고 나서 뒤늦게 원인을 파악하지 않고 질병이 발생할 가능성을 미리 예측해 대처할 수 있다는 데 의의가 있다"며 "치매, 발달장애, 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19) 바이러스의 변이 연구 등 다양한 질병과 연구에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

[김우현 기자 mnchoo@donga.com]