KAIST 연구진, 미토콘드리아 DNA 돌연변이 형성·변화과정 밝혀

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 미토콘드리아 DNA 돌연변이 형성과 변화과정을 밝혀냈다.

우리 몸의 세포는 평생 DNA 돌연변이를 지속적으로 축적하고, 이는 세포 간의 유전적 다양성(모자이시즘) 및 세포 노화를 초래한다.

한국과학기술원(KAIST)은 의과학대학원 주영석 교수 연구팀 안지송 박사과정이 세포소기관 미토콘드리아 DNA의 인체 내 모자이시즘 현상을 최초로 규명했다고 24일 밝혔다.

서울대 의대, 연세대 의대, 고려대 의대, 국립암센터, KAIST 교원창업기업 이노크라스의 연구자들도 이번 연구에 참여했다.

미토콘드리아는 세포 에너지 대사 및 사멸에 관여하는 세포소기관으로, 세포핵과 독립적으로 자체 DNA를 가지고 있으며 돌연변이도 발생할 수 있다.

하지만 이러한 돌연변이를 정밀하게 찾아내는 데 필수적인 단일세포 전장유전체 기술의 한계로 그간 미토콘드리아 DNA 돌연변이 및 모자이시즘에 대한 연구는 미흡했다.

이에 연구팀은 31명의 정상 대장 상피 조직, 섬유아세포, 혈액에서 확보한 총 2096개 단일세포의 전장 유전체 서열을 생명정보학 기법으로 분석해 세계 최대 규모의 연구를 수행했다.

이를 통해 세포 사이에서는 평균적으로 3개의 유의미한 미토콘드리아 DNA 차이가 존재했으며, 대부분은 노화 과정에서 생성됐으나 약 6%의 차이는 모계로부터 이형상태로 전달됨을 확인했다.

또 암 발생 과정에서 돌연변이 수가 유의미하게 증가했으며, 이들 변이 중 일부는 미토콘드리아 RNA 불안정성에 기여한 사실도 확인했다.

연구팀은 이를 바탕으로 인간의 배아 발생단계부터 노화 및 발암 과정에서의 미토콘드리아 발생 및 진화 과정을 이해할 수 있는 모델을 구축했다.

이번 연구는 사람의 정상 세포에서 발생하는 미토콘드리아 DNA 돌연변이의 형성 메커니즘을 체계적으로 밝혀 향후 미토콘드리아 DNA가 노화와 질병 발생에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 초석을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

주영석 교수는 “전장유전체 빅데이터를 체계적으로 활용함으로써 미지의 영역이었던 생명과학 현상을 규명할 수 있다”며 “암 발생 과정뿐만 아니라 인간의 배아 발생 과정 및 노화 과정에서 나타나는 미토콘드리아 DNA의 변화를 체계적으로 이해할 방법을 처음으로 수립했다”고 말했다.

한국연구재단 리더연구, 선도연구센터 및 서경배과학재단 신진과학자 연구지원 사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 성과는 국제 과학학술지 '네이처 지네틱스' 온라인에 지난 22일 게재됐다.

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