연세대 김상우 교수팀, 연구결과 네이처에 발표 드노보 유전변이가 세포골격에 기능이상 일으켜 엽산 같은 예방물질 찾아내는데 도움 될 듯

척추이분증은 태아 발생 과정에서 척추가 완전히 닫히지 않아 신경, 척수, 뇌척수액 등이 척추 밖으로 돌출되는 선천성 질환이다. 연세대 김상우 교수 제공

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[파이낸셜뉴스] 연세대학교 김상우 교수팀은 세계 최초로 선천성 척추이분증의 유전적 원인을 밝혀내고 이를 세계적인 과학학술지 '네이처(Nature)'에 27일 발표했다.

연구진이 밝혀낸 선천성 척추이분증의 유전적 원인은 단일 유전자 이상이 아닌, 부모에게는 없지만 환자 본인에게 새로 나타나는 '드노보(De novo) 유전변이'들이 공통적으로 세포골격을 형성하는 '액틴사이토스켈레톤'과 '마이크로튜블' 기능에 이상을 일으키는 것이다. 즉, 다양한 유전자에서 각각 다른 'De novo 변이'가 발생하지만, 이 변이들이 결국 세포의 뼈대 역할을 하는 핵심 기능에 영향을 미쳐 신경관이 제대로 닫히지 못하게 되는 것이 주요 원인이다.

이번 연구는 단일 유전자 이상으로 설명하기 어려웠던 척추이분증의 유전적 복잡성을 밝혀냈다는 점에서 큰 의미를 가진다. 또한, 부모로부터 유전되지 않는 'De novo 변이'가 질병 발병에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사하며, 기존 유전 질환 연구의 새로운 방향을 제시했다.

김상우 교수는 "이번 연구를 통해 척추이분증 발병 메커니즘에 관여하는 핵심 기능들을 파악하게 됐다"며, "향후 엽산과 마찬가지로 이러한 기능을 강화할 수 있는 물질을 찾아낸다면 척추이분증 예방에 새로운 가능성을 열 수 있을 것"이라고 전망했다. 또한, 김 교수팀의 대규모 유전체 분석 및 네트워크 분석 기법은 자폐증, 당뇨병, 조현병 등 여러 유전적 복합 질환의 원인 규명에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

척추이분증은 태아 발생 과정에서 척추가 완전히 닫히지 않아 신경, 척수, 뇌척수액 등이 척추 밖으로 돌출되는 선천성 질환이다. 3000명당 1명꼴로 발생하는 비교적 흔한 희귀 질환이지만, 수두증, 발달 장애, 배뇨 장애 등 다양한 합병증을 동반하며 환자와 가족에게 큰 고통과 사회경제적 부담을 안겨왔다. 그동안 엽산 부족과 같은 환경적 요인이 주요 원인으로 알려져 왔으나, 엽산 섭취가 충분한 경우에도 발생하는 사례가 많아 유전적 원인에 대한 연구의 필요성이 꾸준히 제기되어 왔다.

이번 연구성과의 배경에는 김상우 교수팀이 한국에서 독자적으로 구축하고 발전시켜 온 최첨단 기술과 분석 기법이 있었다. 연구진은 대규모 환자 코호트의 방대한 유전체 데이터를 심층적으로 분석했을 뿐만 아니라, 특히 유전자 간의 복잡한 상호작용을 정밀하게 파악하는 네트워크 분석 기법을 핵심적으로 활용했다. 김 교수는 "저희가 그동안 한국에서 구축한 대규모 유전자 변이 분석기법, 특히 네트워크를 활용한 분석기법을 통해서 이러한 유전, 서로 다른 유전변이가 어떠한 공통점을 가지고 있는지를 집중하였다"며, 이러한 독자적인 기술력이 난제 해결의 결정적인 역할을 했음을 시사했다.

그는 "기존의 유전 질환 연구 방식으로는 척추이분증의 명확한 유전적 원인을 찾기 어려웠다"고 설명했다. 가계도 분석이나 대규모 환자 코호트 조사에서 특정 유전자 변이가 반복적으로 발견되지 않았기 때문이다. 이에 연구진은 부모에게는 없지만 자녀에게 새로 나타나는 'De novo 유전변이'에 주목했다.

미국 UC 샌디에고 조셉 글리슨 교수팀과의 국제 공동 연구를 통해 전 세계 851명의 척추이분증 환자와 그 가족 2451명의 유전체 데이터를 분석했다. 그 결과, 환자들에게서 다양한 'De novo 유전변이'가 발견됐다. 흥미로운 점은 개별 환자들의 유전자 변이는 서로 달랐지만, 김 교수팀이 독자적으로 구축한 대규모 유전체 분석 및 네트워크 분석 기법을 활용한 결과, 이 변이들이 공통적으로 세포골격을 형성하는 액틴사이토스켈레톤과 마이크로튜블 기능에 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다.

김 교수는 "신경관이 닫히는 복잡한 과정의 마지막 단계에서 세포 내 섬유질들이 나와 단단하게 결합시키는 역할을 하는데, 이러한 세포골격 기능에 이상이 생기면 신경관이 제대로 닫히지 않아 척추이분증이 발생하는 것으로 합리적으로 예측할 수 있다"고 설명했다. 실제로 동물 모델 실험을 통해 발견된 유전자들의 기능을 검증한 결과, 신경관이 닫히지 않는 척추이분증의 표현형이 재현되는 것을 확인했다.

한편, 과학기술정보통신부 기초연구진흥과 송완호 과장은 "선천성 척추 질환의 예방법 개발과 자폐증과 같은 다른 유전 질환의 원인 규명에 획기적인 기여를 할 것"이라고 전망했다. 또한 "기초연구는 오랜 시간과 꾸준한 투자가 필요하다"며 "과기정통부는 앞으로도 연구자들이 연구에 전념할 수 있는 환경을 조성하기 위해 지속적으로 지원할 것"이라고 말했다.
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monarch@fnnews.com 김만기 기자

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