인간, 유인원보다 골관절염에 취약한 이유 찾았다

日 교토대 연구팀, 인간 골격 유전적 진화 추적한 첫 기능 지도 구축

일본 연구팀이 인간 골격 진화를 이끈 유전적 변화를 규명했다. 인간과 유인원의 유전자 활성을 비교한 결과 인간에서 연골 유지에 관여하는 유전자의 활성도가 현저히 낮다는 사실이 확인됐다. 게티이미지뱅크 제공

인간이 진화하는 과정에서 유인원과 다른 독특한 골격을 갖게 된 유전적 변화가 확인됐다. 대규모 유전체 분석 결과 연골의 구조와 탄력을 유지하는 데 관여하는 인간의 유전자 활성이 유인원보다 낮은 것으로 나타났다. 인간 특유의 골격 형성과 함께 인간이 골관절염에 취약해진 배경을 설명하는 단서가 될 것으로 기대된다.

일본 교토대 인간생물학고등연구소(ASHBi) 연구팀은 인간 유전자와 유인원 유전체를 대규모로 비교·분석해 골격 관련 유전적 변화를 추적한 지도를 구축한 연구결과를 국제학술지 '네이처'에 23일(현지시간) 발표했다.

인간과 침팬지의 유전체는 계산 방식에 따라 약 1~4% 다른 것으로 알려져 있다. 단백질을 생성하는 유전자 영역은 거의 동일한 것으로 분석된다. 과학자들이 인간과 유인원의 차이가 유전자 자체보다 유전자가 언제, 어디서, 얼마나 강하게 작동할지를 결정하는 조절 영역의 변화에서 비롯됐을 가능성에 주목하는 이유다.

연구팀은 1만5000명 이상의 인간 유전체와 침팬지·보노보·고릴라·오랑우탄 등 유인원 139마리의 유전체를 비교했다. 그 결과 인간 계통에서만 나타난 유전적 변화 약 570만개를 발견했다. 이 가운데 약 56만1000개는 유전자의 작동을 조절하는 유전자 영역인 '프로모터'와 '인핸서'에 위치했다.

연구팀은 각 영역의 인간형 유전자와 조상형 유전자 서열을 합성한 뒤 연골세포에서 유전자 활성을 비교했다. 수십만개의 조절 서열 활성도를 한번에 측정하는 'MPRA' 기법을 이용한 결과 약 1만5000개의 변이가 실제 유전자 활성에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

다음 단계로 인간과 고릴라의 유도만능줄기세포(iPS세포)를 융합해 하나의 세포 안에 두종의 염색체가 함께 존재하는 '종간 잡종세포'를 만들었다. 연구팀은 종간 잡종세포를 뼈와 연골로 분화할 수 있는 전구세포가 되도록 유도한 뒤 같은 세포 환경에서 인간과 고릴라 염색체의 유전자 활성을 직접 비교했다.

가장 뚜렷한 활성도 차이는 '글리코사미노글리칸(GAG)' 관련 경로에서 나타났다. GAG는 세포 주변을 둘러싸는 '세포외기질'의 주요 구성 성분으로 연골의 형태와 탄력, 수분 함량을 유지하는 데 관여한다. 인간 염색체에서 고릴라 염색체보다 여러 GAG 관련 유전자 활성이 낮았다.

실제 관절 조직에서도 같은 경향이 확인됐다. 연구팀이 인간과 유인원의 팔꿈치와 무릎 조직에서 GAG 함량을 측정한 결과 인간의 GAG 함량은 유인원의 약 4분의 1에서 3분의 1에 불과했다. 유인원 종 사이 GAG 함량은 큰 차이가 없었다.

연구팀은 진화 과정에서 GAG 관련 유전자 활성을 조절하는 인핸서가 변화해 연골의 GAG 함량이 낮아졌고, 낮아진 GAG 함량이 인간 특유의 골격 구조가 만들어지는 데 기여했을 가능성을 제시했다. 인간이 유인원보다 골관절염이 흔하게 나타나는 이유를 이해하는 데도 단서가 될 수 있다는 설명이다.

이번 연구는 인간과 유인원의 유전자 염기서열을 단순 비교하는 데 그치지 않고 인간에게만 나타난 유전적 변이가 실제 세포에서 유전자 작동을 어떻게 변화시키는지 검증했다는 데 의미가 있다.

옌 이즈히 교토대 박사과정생은 "인간에게서만 나타나는 유전자 조절 변이 기능을 대규모 분석해 유전자 조절 변화가 인간 골격의 진화로 어떻게 이어졌는지 보였다"며 "향후 동일한 접근법으로 뇌·피부 등에서 인간 특유의 특징이 형성되는 유전 과정을 자세히 해독하고 인간의 질환을 이해하는 새로운 관점을 얻을 것으로 기대한다"고 말했다.

<참고 자료>
doi.org/10.1038/s41586-026-11053-x

[문혜원 기자 moony@donga.com]