[지금은 과학] 노화→세포 불안정→돌연변이→암 등 질환 발생

[아이뉴스24 정종오 기자] 노화과정에서 세포 불안정이 생기고 끊임없이 돌연변이가 발생하는 것으로 확인됐다. 이 때문에 암 등 여러 질환이 발생하는 것으로 파악됐다.

인간 유전체 중 일반적 단백질 생성 유전자는 전체 염기서열의 1% 정도에 불과하다. 나머지 99%의 유전체 영역은 그 기능이 뚜렷하게 알려지지 않아 ‘쓸모없는 DNA’라는 뜻으로 ‘정크 DNA’라고 부른다.

정크 DNA 가운데 약 6분의1을 차지하는 L1 점핑 유전자는 활성화될 경우 세포의 유전정보를 파괴하거나 교란하는 역할을 할 수 있어 사람의 진화 과정에서 불활성화(화석화) 됐다고 알려져 있었다.

이번 연구에서 L1 점핑 유전자가 활성화되며 노화와 발암 과정에 연관이 있음을 처음 확인했다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 서울대병원 외과 김민정 교수, 고려대 의과대학 권현우 교수팀과 공동연구로 ‘L1 점핑 유전자’의 활성화에 의한 사람 대장 상피 세포의 유전체 파괴 현상을 규명했다고 15일 발표했다.

우리 몸에서 L1 점핑 유전자의 활성화는 유전체 서열의 ‘파괴적 혁신’을 일으킬 수 있기 때문에 인간 종의 진화 과정을 촉진했다고 알려져 있다.

사람 개개인의 입장에서는 L1 점핑 유전자의 활성화가 세포 유전체의 파괴와 암 등 질병 발생을 촉진, 생존에 불리하기 때문에 현생 인류에서 대다수의 L1 점핑 유전자는 불활성화(화석화)된 것으로 여겨졌다.

이번 연구는 이러한 일반적 믿음과 달리 L1 점핑 유전자의 일부는 아직도 특정 조직에서 활성화될 수 있고 노화 과정에서 이들이 유전체 돌연변이를 빈번하게 생성하고 있음을 명확하게 규명했다.

세포의 노화와 암 발생 과정을 이해하는 새로운 관점을 제시한 것으로 평가된다.

연구팀은 28명의 개인의 피부(섬유아세포), 혈액과 대장 상피 조직에서 확보한 총 899개 단일세포의 전장 유전체(whole-genome sequencing) 서열을 생명정보학 기법으로 분석했다.

L1 점핑 유전자에 의한 돌연변이의 빈도는 세포 종류에 따라 큰 차이를 보였다. 노화된 대장 상피세포에서 주로 발견됐다. 연구팀은 L1 점핑 유전자의 활성화에 의한 대장 상피세포의 유전체 돌연변이가 태어나기 전 배아 발생단계에서부터 평생에 걸쳐서 지속적으로 일어나고 있음을 확인했다.

연구 결과를 보면 40세가 된 개인의 대장 상피 세포들은 평균적으로 1개 이상의 L1 점핑 유전자에 의한 돌연변이를 갖게 된다. 연구팀은 L1 점핑 유전자 활성화 기전을 추적하기 위해 DNA뿐 아니라 후성 유전체 (DNA 메틸레이션) 서열을 함께 확인했다.

L1 점핑 유전자가 활성화된 세포에서는 후성 유전체의 불안정성이 발견돼 후성 유전체의 변화가 L1 점핑 유전자의 활성을 조절하는 스위치임을 확인했다.

연구팀은 세포들의 배아발생과정을 추적해 이러한 후성 유전체 불안정성의 대다수가 초기 배아 발생과정에 형성됐음을 제시했다.

이번 연구는 앞으로 더 많은 조직에서 L1 점핑유전자 활성화에 의한 노화 와 발암 과정을 확인하고 이의 활성화를 억제해 인체 노화, 질환 발생을 제어하는 기술개발에 이바지할 수 있을 것으로 연구팀은 기대했다.

주영석 KAIST 의과학대학원 교수는 “전장유전체와 생명정보학의 광범위한 적용을 통해 그동안 규명하기 어려웠던 L1 점핑 유전자에 의한 생명현상을 확인한 대표적 연구ˮ라며 “이번 연구는 DNA 돌연변이가 암이나 질환을 갖고 있는 세포의 전유물이 아니며, 인간의 정상 세포의 노화과정에서 세포 자체의 불안정성에 의해 끊임없이 돌연변이가 생성되고 있음을 보여준다”고 말했다.

KAIST 의과학대학원 남창현 박사과정과 육정환 박사(서울대병원 내과 임상조교수)가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구(논문명 : Widespread somatic L1 retrotransposition in normal colorectal epithelium)는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’ 5월 10일 자 온라인판(영국 현지시간)에 실렸다.

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