국내 연구팀이 인체 조직에 대한 3차원 게놈 지로를 해독하는 데 성공했다. 퇴행성 뇌 질환을 포함해 다양한 복합 질환의 신규 기전 규명, 표적 발굴이 기대된다.

카이스트(KAIST) 생명과학과 정인경 교수와 미국 루드윅 암 연구소(Ludwig Institute of Cancer Research) 빙 렌 (Bing Ren) 교수 공동 연구팀이 인체 조직의 3차원 게놈 지도를 해독했다.

연구팀은 인체의 27개 부위 조직의 3차원 게놈 지도를 분석해 치매, 심혈관계 질환 등을 포함한 2만7000여 개 이상의 복합 질환 관련 유전 변이 기능을 예측했다.

현재까지 수많은 연구를 통해 알츠하이머병, 파킨슨병, 자가면역질환 등 다양한 복합 질환의 원인을 규명하려는 시도가 이뤄졌다. 실제 다수의 질환과 관련한 중요 유전변이가 발견됐다. 이들 대부분의 유전변이는 DNA가 단백질을 생성하지 않는 비전사 지역에 존재하기 때문에 1차원적 DNA 서열 분석에 기반을 둔 유전체 연구로는 모든 기능을 규명하는 데 한계가 있었다.

지난 10년 동안 빠르게 발전한 3차원 게놈 구조 연구는 비전사 지역에 존재하는 유전변이도 3차원 게놈 구조에 의해 형성되는 염색질 고리 구조(chromatin loop)를 통해 멀리 떨어진 유전자를 조절할 수 있다는 모델을 제시했다. 이러한 3차원 게놈 구조 연구는 몇 가지 세포주를 대상으로만 국한돼 있다. 질환과 직접 연관이 있는 각 인체 조직을 표적으로 한 게놈 3차 구조는 규명되지 않았다.

연구팀은 인체 내의 27개 조직을 대상으로 이들 게놈의 3차원 구조를 규명하기 위해 전사촉진 부위만 선택적으로 분석하는 ‘표적 염색질 3차 구조 포착법(promoter-capture Hi-C)’이라 불리는 신규 실험 기법을 활용해 고해상도의 3차원 게놈 참조 지도를 작성했다.

그 결과 인간 게놈에 존재하는 약 90만 개의 게놈 3차원 염색질 고리 구조를 발굴했다. 이들 중 상당수가 각 인체 조직 특이적으로 존재한다는 사실도 밝혀냈다. 연구팀은 3차원 게놈 구조를 기반으로 지금까지 기능이 명확하게 정의되지 않은 약 2만7000 개 이상의 질환 연관 유전 변이의 표적 유전자를 정의해 이들 변이의 기능을 예측했다. 나아가 각 질환의 표적 유전자 유사도에 기반을 둬 질환과 질환 사이의 신규 관계를 규명했다. 이를 바탕으로 여러 질환에 공통으로 관여하는 신규 분자 기전을 제시했다.

정인경 교수, 빙 렌 교수가 공동 교신 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 제네틱스(Nature Genetics) 9월 10일 자 온라인판(논문명 : A compendium of promoter-centered long-range chromatin interactions in the human genome)에 실렸다.

정 교수는 “복합 질환 기전 규명을 위해 비전사 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, 표적 발굴에 활용될 것”이라고 말했다.