(서울=뉴스1) 윤주영 기자 = 임신 중 태아의 신경관이 완전히 닫히지 않아 생기는 선천적 질환 '척추 이분증'. 보행장애, 감각 이상 등을 동반하는 이 질환은 신생아 3000명 중 1명꼴로 높은 발생률을 보인다.
원인이 되는 변이 유전자와 그 기작(발현 메커니즘)을 찾는 것은 오랫동안 난제였으나 국내 연구진이 세계 최초로 규명에 성공했다.
27일 과학기술정보통신부에 따르면 김상우 연세대 교수 연구팀은 미국 UC 샌디에이고대 연구진과 함께 환자 851명 및 가족 2451명 대상 코호트(공통 특성 집단) 데이터를 분석했다. 이를 통해 수백개 원인 유전자 후보군을 밝혀냈다.
김 교수는 "대규모 마우스 실험에서 특정 유전자를 삭제하는 방향으로 유전자를 추적했다"며 "나온 후보군만 수백개고 인간에게 없는 것도 있어 규명이 힘들었다"고 설명했다.
이에 연구팀은 '드노보'(de novo) 유전 변이로 범위를 좁혀 인간 데이터를 분석했다. 부모에게 없고 자식에서 새로 발현하는 유전 변이다.
김 교수는 "척추이분증 환자는 다음 세대로 유전자를 성공적으로 건네주기 힘들다"며 "세대를 걸쳐 원인 유전자가 존속되지 않기 때문에 이런 가정을 설정했다"고 설명했다.
인간 데이터에서도 변이는 거의 제각각이라 분석이 어려웠다. 하지만 한국에서 구축한 대규모 유전자 변이 분석기법, 특히 '네트워크 분석기법'으로 유전변이 간 공통점을 찾아냈다. 서로 다른 유전자가 어떻게 상호작용하며 같은 기능에 동참하는지 보는 것이다.
연구진은 변이 후보 유전자들의 5가지 공통 기작을 찾아냈다. 그 중 핵심적인 2개는 '액틴사이토스켈레톤'과 '마이크로튜블'이라는 단백질과 관련 있다. 세포 섬유를 만들어내는 기능 등을 수행한다.
김 교수는 "기작은 세포가 골격을 유지하는 데도 사용되지만 세포가 이동하거나 바깥에 어떤 물질이 있는지 감지하는 데도 쓰인다"며 "(척추 형성 시) 세포 내 섬유질이 튀어나와 신경관 결합을 수행한다. 기작이 망가지면 악영향을 미쳐 척추이분증으로 이어진다"고 설명했다.
연구진은 개구리 실험에서 후보 유전자를 조작해 척추이분증이 발현하는 것을 확인했다.
이번 연구는 향후 태아의 장애 예측 등에 사용될 수 있을 것으로 보인다.
김 교수는 "산전 양수검사 등 비침습적 방법이나 변이 세포가 담긴 정자, 난자 등 생식세포를 관찰해 예측이 가능하다"고 설명했다.
다만 유전 변이로 인한 기작을 억제하는 약물 개발까진 아직 어렵다. 지금으로선 산모의 꾸준한 엽산 섭취가 주요한 예방법으로 알려졌다.
그는 "동물 실험으로 어떠한 물질을 투여했을 때 발병률을 낮아지는지를 확인해야 하고, 이렇게 나온 후보 물질이 인간에게 효용이 있는지도 봐야 한다"며 "태아 상태에서 기전을 조절하는 것은 윤리적 문제도 있고 기술적으로도 어려운 일"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 국제학술지 '네이처'에 게재됐다. 앞으로 자폐증 등 유전 질환이나 환경적 요인이 함께 작용하는 복합질환 연구에도 활용될 전망이다.
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