파킨슨병 환자의 3D 뇌 유전체 지도 나왔다

정인경 KAIST 생명과학과 교수 연구진

KAIST 연구진이 파킨슨병 환자의 3D 유전체 지도를 만들고, 파킨슨병의 원인이 되는 유전자를 새롭게 찾았다. 왼쪽부터 정인경 생명과학과 교수, 이정운 박사 후 연구원. /KAIST

국내 연구진이 뇌 세포의 디옥시리보핵산(DNA)이 이루는 3차원(3D) 구조를 분석해 파킨슨병의 원인이 되는 세포와 유전자를 찾았다. 아직까지 완치 방법이 마땅치 않은 파킨슨병의 새로운 치료제 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

정인경 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 교수가 이끄는 연구진은 엘리에자 메슬리아 미국 국립보건원(NIH) 국립노화연구소(NIA) 교수와 공동으로 3D 파킨슨병 후성유전체 지도를 만들고, 파킨슨병과 관련된 새로운 유전자를 찾았다고 8일 밝혔다.

파킨슨병은 퇴행성 뇌 질환으로 흑질이라고 불리는 뇌 부위에서 도파민을 분비하는 신경세포가 손상되면서 움직임이 부자연스러워지고, 떨림이나 마비 증세가 나타나는 병이다. 전 세계 60세 이상 인구의 1.2%가 앓고 있을 정도로 흔한 노인성 질환으로, 최근에는 고령화 추세에 따라 발병률이 크게 늘고 있다. 국민건강보험공단에 따르면 국내 파킨슨병 환자는 2016년 9만6764명에서 2020년 11만1312명으로 5년 동안 15% 늘었고, 전 세계적으로는 2040년까지 1420만명의 환자가 발생할 것이라는 예측이 나오고 있다.

파킨슨병은 현재 완치할 수 있는 치료제가 없어 증상을 완화하는 방식으로 관리되고 있다. 치료제를 개발하려면 발병 원인을 정확히 파악해야 하지만, 파킨슨병의 발병 원인이 워낙 다양하고, 근본적인 발병 원인은 아직 밝혀지지 않았기 때문이다.

KAIST 연구진은 파킨슨병의 원인을 찾기 위해 단일세포 유전체 기술과 3D 후성 유전체 기술을 접목해 파킨슨병 환자의 뇌 지도를 만들었다. 뇌 세포를 종류 별로 분류해 단일 세포가 만드는 전사체와 염색질의 구조를 확인하고, 이를 다시 3D로 구성하는 방식을 활용했다.

연구진은 이 방식으로 파킨슨 환자의 전사체 정보 2만2632개와 염색질 구조 정보 2만9863개를 분석했다. 그 결과 뇌 환경을 유지하는 신경교세포의 후성유전학적 구조 변화가 파킨슨병 환자에게서 나타나는 것을 확인했다. 지금까지 대부분 파킨슨병 연구가 신경세포에 초점을 맞춰 이뤄졌지만, 신경세포가 아닌 신경교세포의 후성유전학적 구조 변화도 파킨슨병의 중요한 원인이 될 수 있다는 것이다. 후성유전학은 DNA 염기서열이 아닌 구조의 변화에 의해 유전자의 발현이 조절되는 현상을 연구하는 분야로, 후성유전학적 구조 변화는 암, 신경질환의 주요 발병 원인으로 지목되고 있다.

3D 지도를 분석해 파킨슨병의 원인이 되는 656개의 새로운 유전자도 찾았다. 3D 지도에서는 단백질을 만드는 유전자는 물론, 단백질을 만들지 않는 지역에서도 구조 변화가 나타났다. 연구진은 염색질이 꼬여 있는 구조를 분석해 구조 변화가 일어난 지역과 인접한 유전자를 찾고, 크리스퍼 유전자 가위 기술을 활용해 실제 파킨슨병의 발병과 연관이 있음을 밝혔다.

연구진은 이번 연구 결과를 바탕으로 파킨슨병의 원인이나 진행에 관여하는 유전자를 조절하는 변화를 찾고, 치료제 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대했다.

정인경 교수는 “퇴행성 뇌 질환의 표적 발굴에 있어 3D 후성유전체 지도 작성의 중요성을 확인했다”며 “앞으로 다양한 복합유전질환의 규명에도 중요하게 활용될 것ˮ이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 지난달 14일 소개됐다.

참고자료

Science Advances, DOI: DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.abo2467

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