KAIST 연구진, 인체 조직의 3차원 게놈 구조 해독

27개 인체 조직에서 2만7000여 개 이상의 유전 변이 기능 예측 성공

정인경 KAIST 생명과학과 교수(왼쪽)와 이정운 박사과정이 美 루드윅 암 연구소 연구팀과 공동 연구를 통해 인체 조직의 3차원 게놈 지도를 해독하는 데 성공했다.

[아시아경제 김철현 기자] 국내 연구진이 국제 공동 연구를 통해 인체 조직의 3차원 게놈 지도를 해독하는 데 성공했다. 퇴행성 뇌 질환을 포함해 다양한 복합 질환의 신규 기전을 규명하고 표적 발굴에 활용될 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 제네틱스'에 최근 온라인 게재됐다.

24일 한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)에 따르면 정인경 생명과학과 교수팀이 미국 루드윅 암 연구소 빙 렌 교수팀과 공동 연구로 인체의 27개 부위 조직의 3차원 게놈 지도를 분석해 치매, 심혈관계 질환 등을 포함한 2만7000여 개 이상의 복합 질환 관련 유전 변이 기능을 예측하는 데 성공했다.

현재까지 수많은 연구를 통해 알츠하이머병, 파킨슨병, 자가면역질환 등 다양한 복합 질환의 원인을 규명하려는 시도가 이뤄지면서 실제 다수의 질환과 관련한 중요 유전변이가 발견됐다. 하지만 이들 대부분의 유전변이는 DNA가 단백질을 생성하지 않는 지역에 존재하기 때문에 1차원적 DNA 서열 분석에 기반한 유전체 연구로는 모든 기능을 규명하는 데 한계가 있었다. 이에 지난 10년간 비약적으로 발전한 3차원 게놈 구조 연구는 DNA가 단백질을 생성하지 않는 지역의 유전변이도 '염색질 고리 구조'를 통해 멀리 떨어진 유전자를 조절할 수 있다는 모델을 제시했다. 다만 3차원 게놈 구조 연구는 몇 가지 세포주를 대상으로만 국한돼 있고 질환과 직접 연관이 있는 각 인체 조직을 표적으로 한 게놈 3차 구조는 규명되지 않았다.

연구팀은 인체 내의 27개 조직을 대상으로 게놈의 3차원 구조를 규명하기 위해 선택적으로 분석하는 '표적 염색질 3차 구조 포착법'이라 불리는 신규 실험 기법을 활용했다. 이를 통해 고해상도의 3차원 게놈 참조 지도를 작성한 결과 인간 게놈에 존재하는 약 90만 개의 게놈 3차원 염색질 고리 구조를 발굴하고 이들 중 상당수가 각 인체 조직에 특이적으로 존재한다는 사실을 규명했다.

또 연구팀은 3차원 게놈 구조를 기반으로 지금까지 기능이 명확하게 정의되지 않은 2만7000여 개 이상의 질환 연관 유전 변이의 표적 유전자를 정의해 이들 변이의 기능을 예측했다. 나아가 각 질환의 표적 유전자 유사도에 기반해 질환과 질환 사이의 신규 관계를 규명했고 이를 바탕으로 여러 질환에 공통으로 관여하는 신규 분자 기전을 제시했다. 정 교수는 "복합 질환 기전 규명을 위해 게놈의 중요성을 강조하고 존재하는 다수의 중요 유전변이를 3차원 게놈 구조 해독을 통해 규명 가능함을 보였다"라며 "이번 결과는 퇴행성 뇌 질환을 포함 다양한 복합 질환의 신규 기전 규명 및 표적 발굴에 활용될 것"라고 말했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr