암·노화에 영향주는 유전체 3차 구조 원리 발견

KAIST·서울대·부산대 교수팀 공동연구

[이데일리 강민구 기자] “게놈(유전체) 3차원 구조가 암발생, 노화와 직접적인 관련이 있다는 사실이 나오고 있지만 정작 게놈 3차원 구조가 어떻게 형성되는지 잘 몰랐다. 원인이 되는 인자를 찾았고, 정확한 연관성은 아직 모르지만 이 인자를 통해 암, 노화 연구가 진전될 것으로 기대한다.”

정인경 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 교수 연구팀은 신용대 서울대 기계공학부 교수 연구팀, 최정모 부산대 교수 연구팀과 함께 한 연구결과의 의미에 대해 이같이 설명했다.

정인경 KAIST 교수, 신용대 서울대 교수, 주재건 KAIST 석박사통합과정, 조성현 서울대 연구원.(사진=KAIST)

그동안 3차원 게놈 구조 연구를 통해 세포핵 속 게놈이 계층적인 구조로 이뤄져 있고, 각 구조가 다양한 유전자 발현 조절에 관여하는 것으로 알려졌다. 이러한 게놈 3차 구조는 암, 노화 등 다양한 복합질환에서 질환 특이적 유전자 발현과 밀접한 연관이 있다는 연구결과들이 나오고 있다.

하지만 기존 게놈 3차 구조는 비교적 관찰하기 쉬운 염색체 내 상호작용에 대부분 국한됐다. 더 큰 범위에서 염색체 간 상호작용에 대해 관찰 실험기법의 한계로 연구가 거의 진행되지 않았다.

연구팀은 이번 연구에서 행렬 분해기법이란 분석기법을 활용해 게놈 3차 구조 데이터로부터 염색체 간 상호작용 정보를 효과적으로 추출할 수 있는 신규 기계학습 알고리즘을 개발했다. 이어 DNA 이미징 기법을 통해 검증했다.

해당 분석 알고리즘을 이용해 여러 세포주의 염색체 간 상호작용 정보를 추출·분석했고, 핵 스페클(핵 내 존재하는 막이 없는 구조체) 주위에 있는 염색체 간 상호작용이 여러 세포에서 공통 보존됨을 관찰했다. 또 단백질 인식 염기서열 분석을 통해 스페클 주위 염색체 간 상호작용이 MAZ 단백질에 의해 매개된다는 사실을 알아냈다.

이 밖에 단일세포 수준에서 염색체 간 상호작용이 세포마다 다르게 발생한다는 사실도 발견했다. 염색체 간 상호작용이 기존에 알려졌던 것과 달리 고정되지 않고, 핵체와 게놈 지역 사이 개별 상호작용으로 확률적으로 결정된다는 내용을 제시했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘핵산 연구(Nucleic acids research)’에 지난 5일자로 출판됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)