팔다리 길이 담당하는 연골세포 성장 관여하는 유전자 145개 확인 사람 유전체서도 동일한 역할 뼈 관련 질환 치료에 활용 가능
뼈의 길이와 모양을 결정하는 유전자를 확인하는 연구에서 활용한 쥐의 연골 조직. 사진 출처 위키미디어
아이가 성장한 후 뼈의 길이와 모양을 결정하는 유전자가 확인됐다. 주로 뼈 말단 연골세포에 존재하는 이 유전자는 아이가 성인이 된 후 키가 얼마나 될지 결정하는 역할을 하는 것으로 나타났다. 뼈의 성장과 관련된 질환 치료에도 중요한 단서가 될 것으로 기대된다.
노라 렌솔 미국 하버드대 전임강사 겸 미국 보스턴아동병원 전임의 연구팀은 이 같은 연구 결과를 14일(현지 시간) 국제학술지 ‘셀 지노믹스’에 발표했다. 연구를 이끈 렌솔 박사는 “이번 연구에서는 뼈의 형태와 크기를 정하는 유전자가 확인됐다”며 “유전자와 성장판 그리고 골격 성장 정도 사이의 상관관계를 이해하는 데 출발점이 될 것”이라고 말했다.
학계는 앞서 사람의 키를 결정하는 유전자가 뼈와 뼈를 이어주는 연골에 위치할 것으로 추정했다. 뼈에 비해 단단하지 않은 섬유성 결합조직인 연골은 기본적으로 뼈 사이 마찰을 막는 역할을 한다. 팔이나 다리의 길이 성장을 담당하는 성장판은 바로 이 연골의 세포가 분열하면서 성장한다. 분열한 연골세포가 성숙하면 점차 단단한 뼈로 변해 굳어지고 뼈의 길이가 자라게 된다. 성장에 직접 관여하는 연골에 존재하는 유전자에 성장의 비밀이 담겨 있을 것으로 추정되는 이유다.
연구팀은 성장과 관련한 유전자를 정확하게 파악하기 위해 실험용 쥐의 연골세포 6억 개를 조사했다. 연골세포가 성숙하는 과정에서 발현하는 유전자를 확인했다. 분석 결과 성장에 직·간접적으로 관여하는 유전자 145개를 찾아내는 데 성공했다.
연구팀은 이어 실험용 쥐에게서 발견된 유전자가 사람의 신체에서도 동일한 역할을 하는지 확인하기 위해 전체유전체 상관분석연구(GWAS)를 실시했다. GWAS는 특정한 생리작용이 일어나지 않는 사람과 일어나는 사람의 유전체를 대조해 특정 생리작용에 영향을 미치는 유전자를 찾아내는 기법이다.
분석 결과 연구팀은 실험용 쥐에게서 발견된 성장과 관련한 유전자가 인간에게서도 같은 역할을 하는 것을 확인했다. 이들 유전자는 성장판이 닫히기 전 연골세포의 빠른 성숙에 영향을 미쳐 성인이 된 후 키를 결정한다는 설명이다. 연구팀은 “키와 관련한 유전자 ‘핫스폿’을 찾아낸 것”이라고 비유했다.
이번 연구의 또 다른 성과는 뼈 관련 질환의 치료 단서를 제공했다는 점이다. 렌솔 박사는 “뼈가 비정상적으로 발달하는 골격 이형성증질환은 현재 치료법이 없는 질환”이라며 “뼈의 성장과 관련한 의학적 이해가 깊어질수록 이러한 병에 의학이 개입할 가능성은 높아지게 된다”고 말했다.
연구팀은 쥐 실험을 통해 이들 유전자의 기능을 강화시키는 연구가 인간에게 곧바로 적용될지는 미지수라고 덧붙였다. 동물실험으로는 인간의 성장을 촉진하는 방법을 찾는 데 한계가 있기 때문이다. 후속 연구에서는 연골세포에 대한 호르몬의 영향을 파악할 계획이다. 또 성장과 관련한 145개 유전자 중 골격의 길이에 직접 관련이 없는 일부 유전자의 역할을 규명할 계획이다. 연구팀은 “뼈와 관련한 새로운 유전자의 역할을 찾아낼 수도 있다”고 전망했다.
키에 성장을 미치는 유전자를 찾는 연구는 활발히 이뤄지고 있다. 호주 퀸즐랜드대 연구팀은 지난해 국제학술지 ‘네이처’에 성장에 영향을 미치는 유전자 변이 1만2000개를 확인한 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 다만 “사람의 신장에 차이가 생기는 원인의 40% 정도만을 설명할 수 있다”며 한계점을 언급했다.
