IBS 시냅스 뇌질환 연구단
세계 최대 유전자 돌연변이 생쥐 집단 분석… 공통 전사체 상태 규명
18일 국제 학술지 '사이언스' 발표
원인 유전자만 1200개가 넘는 것으로 알려진 자폐 스펙트럼 장애의 공통적 특징을 국내 연구팀이 밝혔다.
과학기술정보통신부는 김은준 기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환 연구단 단장과 한국과학기술정보연구원(KISTI) 디지털바이오컴퓨팅연구단 공동연구팀이 자폐 스펙트럼 장애 위험 유전자 돌연변이를 가진 세계 최대 규모 생쥐 모델을 분석해 공통된 분자적 특징을 규명했다고 18일 밝혔다. 연구 성과는 국제 학술지 '사이언스'에 이날 오전 3시(한국 시간) 게재됐다.
자폐 스펙트럼 장애(ASD)는 사회적 의사소통과 상호작용의 어려움, 제한적이고 반복적인 행동인 특징인 신경 발달 질환이다. 그동안 다양한 유전적 원인이 보고됐지만, 특정 유전자나 소수 동물 모델의 개별적 분석에 그쳤다.
연구진은 시냅스 기능·유전자 발현 조절·세포 내 신호 전달 등 서로 다른 생물학적 기능에 관여하는 자폐 위험 유전자 17종을 선정했다. 이어 각 유전자에 돌연변이가 있는 생쥐 모델을 수년에 걸쳐 구축한 뒤, 뇌 전전두엽 RNA(리보핵산) 시퀀싱 데이터 1008개를 분석했다. RNA 시퀀싱은 세포나 조직에서 발현되는 RNA를 대규모로 분석해 유전자의 활성 정도를 파악하는 기술을 말한다.
분석 결과, 서로 다른 유전자 변이를 가진 생쥐들은 공통된 전사체 상태로 수렴했다. 변이 유전자의 종류는 상관없었다. 전사체는 특정 세포나 조직에서 유전 정보에 따라 만들어진 RNA의 집합체다.
전사체 상태는 두 개로 나뉘었다. 신경세포 간 신호 전달을 담당하는 '시냅스 유전자'의 발현은 줄었지만, 유전자 발현 조절 유전자와 RNA 가공 유전자의 발현은 늘어난 '그룹 1'과, 반대로 시냅스 유전자 발현은 늘고 유전자 발현 조절 및 RNA 가공 유전자 발현은 줄어든 '그룹 2'다.
발병 원인이 되는 유전자는 다르더라도, 분자 수준에서는 유전자가 두 가지 일정한 패턴으로 발현된다는 의미다.
두 그룹은 약물 반응성에서도 확연한 차이를 보였다. 항우울제인 '플루옥세틴'과 기분안정제인 '리튬'을 각각 투여한 결과, 그룹1에서는 여러 유전자의 분자적 상태가 일관되게 회복됐다. 그룹2에서는 유전자마다 반응이 달랐다. 같은 약물에도 회복 양상은 제각각이었다. 환자의 유전자 분자 상태에 따라 치료제에 대한 반응이 달라질 수 있다는 뜻이다.
연구팀은 약 100만개 세포핵을 개별 분석하는 등 정밀 분석을 통해 실험 결과를 추가 검증했다. 그 결과 동일한 분자 패턴이 일관되게 확인됐다. 추가적인 자폐 생쥐 모델 및 실제 자폐 환자의 뇌 전사체 데이터에서도 유사한 분자 패턴이 관찰됐다.
독자들의 PICK!
김은준 단장은 "다양한 유전적 원인을 공통된 분자적 특징으로 해석할 새로운 연구 틀을 제시했다"며 "자폐 연구의 지평을 넓히는 계기가 될 것"이라고 의의를 밝혔다.
연구를 주도한 배미현 IBS 연구위원은 "향후 인간 유래 세포 등으로 연구 범위를 확장해 자폐 기전과 새로운 치료 전략을 정교하게 연구할 계획"이라고 했다.
이번 연구는 과기정통부의 IBS 기초과학연구단 지원 사업을 통해 수행됐다. KISTI가 지원하는 '국가 바이오 데이터 스테이션(K-BDS)'이 대규모 실험 데이터 통합·분석을 위한 컴퓨팅 자원을 지원했다.
