'미토콘드리아 DNA 돌연변이' 밝혀낸 KAIST 연구팀

인체의 노화 및 질병 발생 기전을 이해할 수 있는 기틀 마련했다

주영석 교수. [출처: 카이스트]

KAIST는 의과학대학원 주영석 교수 연구팀 안지송 석사(박사과정)가 미토콘드리아 DNA 돌연변이 연구를 주도해 지난 22일, 국제 과학학술지 '네이처지네틱스(Nature Genetics)'에 논문을 게재했다고 24일 밝혔다. (논문명: Mitochondrial DNA mosaicism in normal human somatic cells)

이번 연구에는 서울대학교 의과대학, 연세대학교 의과대학, 고려대학교 의과대학, 국립암센터, 그리고 KAIST 교원창업기업 이노크라스의 연구자들도 참여했다.

미토콘드리아는 세포 에너지 대사 및 사멸에 관여하는 세포소기관으로, 세포핵과 독립적으로 자체 DNA를 가지고 있으며 돌연변이도 발생할 수 있다. 하지만 지금까지 이러한 돌연변이를 정밀하게 찾아내는 데 필수적인 단일세포 정장유전체 기술의 한계로 그동안 미토콘드리아 DNA 돌연변이 및 모자이시즘에 대한 연구는 미흡했다.

연구팀은 31명의 정상 대장 상피 조직, 섬유아세포, 혈액에서 확보한 총 2096개 단일세포의 전장유전체 서열을 생명정보학 기법으로 분석해 세계 최대 규모의 연구를 수행했다. 세포 사이에서는 평균적으로 3개의 유의미한 미토콘드리아 DNA 차이가 존재했으며, 대부분은 노화 과정에서 생성되었으나 약 6%의 차이는 모계로부터 이형상태로 전달됨이 확인됐다.

또한, 암 발생 과정에서 돌연변이 수가 유의미하게 증가했으며, 이들 변이 중 일부는 미토콘드리아 RNA 불안정성에 기여한다는 사실을 확인했다.

관찰된 데이터를 바탕으로 연구팀은 인간의 배아 발생단계부터 노화 및 발암 과정에서의 미토콘드리아 발생 및 진화 과정을 이해할 수 있는 모델을 구축했다.

이번 연구는 미토콘드리아 DNA 돌연변이의 형성 매커니즘을 체계적으로 밝혀내, 향후 미토콘드리아 DNA가 노화와 질병 발생에 미치는 영향을 이해하는 데 초석을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST 의과학대학원 주영석 교수는 "전장유전체 빅데이터를 체계적으로 활용함으로써 미지의 영역이었던 생명과학 현상을 규명할 수 있다"며, "암 발생 과정뿐만 아니라 인간의 배아 발생과정 및 노화과정에서 나타나는 미토콘드리아 DNA의 변화를 체계적으로 이해할 수 있는 방법을 최초로 수립했다"고 연구의 의의와 중요성을 설명했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 리더연구, 선도연구센터 및 서경배과학재단 신진과학자 연구지원 사업의 지원을 받아 수행됐다. 구태을 인턴기자