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작성자	김노숙
작성일	2016-09-13 17:32:30 KST	조회	745
제목	뇌의 지놈 다양성에 대한 발견

그런데, 소크 재단의 연구진들은 핵내 재반복서열(Long Interspersed Nucler Elements) 혹은 L1이라고 부르는 이 변인이 건강한 뉴런의 44%에서 63%까지에 존재하며, DNA를 삽입할 뿐만 아니라 삭제하기도 한다는 것을 밝혀냈다. 이전에 이 L1 서열은 도약유전자(트랜스포손)이라고 불리는 지놈 사이를 이동하며 스스로 복제하고 다니는 작은 유전자 조각이었는데, 연구진은 이것이 전체 유전자의 큰 삭제를 불러올 수도 있다는 것을 밝혀낸 것이다. 게다가, 이러한 유전적 차이는 유전자의 발현에 영향을 미쳐 뇌 발달에 중대한 영향을 미칠 수 있다고 한다.

Nature Neuroscience에 9월 12일 발표된 이 연구는, 왜 개인이 그렇게 독특할 수 있는지를 설명하며(예를 들면 같은 유전자를 타고난 일란성 쌍둥이가 그렇게 서로 다를 수 있는지 말이다), 어떻게 트랜스포손이 문제를 일으키며 질병을 발발하는지를 보여준다.

"2013년에 우리는 같은 뇌 속에서 다른 뉴런들이 다양한 유전형을 가지고 있음을 발견했는데, 이는 왜 그것들이 같은 사람의 것일지라도 서로 조금씩 다르게 작동하는지에 대한 이해를 증진시켰죠. 이 연구는 다양성에 대한 새로운 이해를 보여주었고, L1 서열의 역할에 대한 앎을 증진시켰습니다. 건강한 뇌에서뿐만 아니라, 정신분열증이나 자폐증에 대한 영향도 알 수 있죠."

해당 연구의 선임 연구원이자, 소크 유전 연구소의 교수이며 연령 관련 신경퇴행성 질환 연구에서 Vi and John Adler Cahir(명예직함)을 가지고 있는 Rusty Gage가 말했다.

2005년에 Gage의 연구단은 L1 서열이 뇌 속의 지놈 다양성의 원인이 됨을 발견하였다. 하지만 단일 세포의 전체 지놈 서열을 시퀀싱하여 이 변화들의 성질을 알아낼만한 양을 얻는 것이 당시에는 불가능했다. 2013년 Science의 논문으로 단일 세포 시퀀싱이 체계화됨에 따라, Gage의 연구단은 큰 덩어리의 DNA가 세포들의 지놈 내에 삽입되거나 삭제되는 것을 보일 수 있었다.

하지만 이 연구에서도 삽입과 삭제가 일어나는 원리는 불명확했으며, 트랜스포손이 이 삭제에 관련되어있는지, 지놈의 어떤 부위가 변화에 더 민감한지를 알아내는 것은 몹시 힘들었다.

새로운 연구에서 Gage와 제1공저자 Jennifer Erwin과 Apuã Paquola, 그리고 연구진들은 L1 서열 관련 변화들을 건강한 뉴런에서 더 잘 찾아낼 수 있는 방법을 알아냈으며 컴퓨터 계산 알고리즘을 도입하여 전보다 뛰어난 신뢰도를 담보하였다.

신경세포로 분화시킨 줄기세포를 페트리 디쉬에 두어 관찰한 후 연구진은 L1 서열이 DNA를 부수는 경향이 있다는 것을 보았는데, 지놈의 L1 서열을 분해하는 특수한 효소가 분화시에 특별히 활성화되었기 때문이다. 사람들은 L1 서열을 부모로부터 물려받고, 해당 효소는 그 서열 주위를 절단하는 것임이 밝혀졌다.

"원래 L1 서열은 새로운 위치에 삽입만 할 수 있는 줄 알았는데, 삭제까지 유발한다는 것은 이게 지놈에 우리가 생각하던 것보다 훨씬 큰 영향을 미친다는 거죠."

Gage 연구진의 연구자 Erwin은 위와 같이 말했다.

Gage는 지놈 다양성이 뇌에서 좋은 역할을 할 수 있으리라 믿고 있는데, 최종적으로 우리 뇌세포들의 약 절반은 L1 서열에 의해 삭제되거나 삽입된 DNA 덩어리를 가지고 있기 때문이다. 허나 과도한 것은 언제나 질병을 일으킬 수도 있는 법이다.

정신분열증과 희귀환 자폐증 연관 질환인 레트 증후군을 가진 사람들은 L1 서열에 의한 지놈의 변화를 일반적인 경우보다 더 많이 가지고 있다는 증거가 나타났다. 이 새로운 연구에서, 연구진은 정신분열증과 연관된 유전자인 DLGS2를 조사했는데, 해당 연구에서 L1 서열의 도입은 DLG2 유전자의 발현과 결과적인 신경세포의 성숙에 영향을 미친다는 것이 드러났다. 연구진은 L1 서열이 다른 유전자에 어떤 영향을 미치며 또한 뇌 활동과 질병에 대한 효과를 더 탐사할 예정이다.

ABOUT THIS GENETICS RESEARCH ARTICLE

Other authors on the study are Tatjana Singer, Iryna Gallina, Carolina Quayle, Tracy Bedrosian, Cheyenne Butcher, Joseph Herdy and Anindita Sarkar of Salk; Mark Novotny and Roger Lasken of the J. Craig Venter Institute; Francisco Alves of the University of São Paulo in Brazil; and Alysson Muotri of the University of California, San Diego.

Funding: The research was supported by George E. Hewitt Foundation for Medical Research, the California Institute for Regenerative Medicine, the National Institutes of Health (MH095741, MH088485), the G. Harold & Leila Y. Mathers Foundation, the Engman Foundation, the Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, the Paul G. Allen Family Foundation, the Glenn Center for Aging Research at the Salk Institute, and JPB Foundation.

Source: Salk Institute

Image Source: This NeuroscienceNews.com image is credited to Salk Institute.

Original Research: Abstract for “L1-associated genomic regions are deleted in somatic cells of the healthy human brain” by Jennifer A Erwin, Apuã C M Paquola, Tatjana Singer, Iryna Gallina, Mark Novotny, Carolina Quayle, Tracy A Bedrosian, Francisco I A Alves, Cheyenne R Butcher, Joseph R Herdy, Anindita Sarkar, Roger S Lasken, Alysson R Muotri and Fred H Gage in Nature Neuroscience. Published online September 12 2016 doi:10.1038/nn.4388