[랩큐멘터리]유전자 스위치 찾아 뇌의 비밀 푼다

 

어릴 적 강렬한 기억이 평생 머릿속에 남아있거나 시험을 위해 같은 내용을 반복학습하면 기억이 오래 남는 경우가 있다. 뇌 속 신경세포가 특정 자극에 반응하면서 기억을 더욱 오래 저장하는 것이다. 최근에는 이러한 뇌의 특성이 신경세포의 DNA와 이를 발현하는 데 영향을 주는 각종 인자와 같은 분자적 수준에서 형성된다는 사실이 밝혀지고 있다.

포스텍 생명과학과 김태경 교수가 이끄는 신경후성유전학 연구실은 인간에 있어 가장 미지의 영역이자 가장 복잡한 영역으로 꼽히는 뇌기능에 주목한다. 인간이 뇌를 통해 보이는 인지 행동을 어떻게 분자 수준에서 이해할 수 있을지를 탐구하기 위해 유전학의 최신 연구분야로 꼽히는 후성유전학을 이용해 뇌 기능을 연구하고 있다.

포스텍 생명과학과 김태경 교수

후성유전학을 이용하면 신경세포 내 각각의 유전자가 외부 자극에 어떻게 반응해 발현하는지를 찾아낼 수 있다. 어릴적 강렬한 기억 같은 자극이 주어지면 유전자 발현이 일어나고 뇌 기능이 조절되며 특정 신경세포가 자극을 좀 더 정확히 인식하고 기능할 수 있다. 이런 메커니즘을 분석하면 인간의 인지행동에 자극이 어떤 영향을 미치는지 분석할 수 있다. 반대로 자극을 주지 않으면서도 인간 인지활동을 인위적으로 변형할 수 있기도 하다.

연구실의 대표적 성과도 유전자 발현을 조절하는 DNA 내 조절 부위인 인핸서리보핵산(eRNA)를 세계 처음으로 찾아낸 것이다. eRNA는 유전자 발현과 상관관계가 큰 것으로 알려졌지만 기능에 관해서는 연구가 부족한 상황이다. 연구실은 기본적인 생화학 실험에서부터 뇌 네 전 유전체를 분석해 활성화부위를 찾는 전유전체 연구도 수행중이다. 여기에 동물을 대상으로 인지기능 변화를 확인하는 행동실험까지 진행하면서 현대 생물학의 연구 도구를 모두 활용하고 고있다.

신경후성유전학 연구실은 유전학의 최신 연구분야로 꼽히는 후성유전학을 이용해 뇌 기능을 연구하고 있다. 

장기적으로는 뇌기능과 관련된 질병을 해결하는 게 주요 과제 중 하나다. 자폐증과 같은 뇌질환은 유전자 돌연변이나 DNA에서 문제가 생기는 경우가 많기 때문이다. 최근 연구에서는 자폐증을 일으키는 돌연변이가 주로 발생하는 지점이 eRNA가 발생하는 유전자 발현 조절 부위라는 사실이 알려지기도 했다. 이를 교정하면 미래에는 뇌 질환을 해결하는 연구가 가능할 수 있다는 기대다.

포스텍 신경후성유전학 연구실 바로가기  https://youtu.be/Pm2gJlrzIm8

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[조승한 기자 shinjsh@donga.com]