KAIST, 인체조직 3차원 게놈 구조 해독

[아이뉴스24 최상국 기자] KAIST는 생명과학과 정인경 교수와 美 루드윅 암 연구소의 빙 렌 (Bing Ren) 교수 공동 연구팀이 인체 조직의 3차원 게놈 지도를 해독하는 데 성공했다고 24일 발표했다.

연구팀은 인체의 27개 부위 조직의 3차원 게놈 지도를 분석해 치매, 심혈관계 질환 등을 포함한 2만 7천여 개 이상의 복합 질환 관련 유전 변이 기능을 예측했다고 밝혔다.

3차원 게놈 지도 분석은 게놈 염기서열의 1차원 분석만으로는 멀리 떨어진 유전자 사이의 상호작용을 규명하기 어렵다는 한계를 극복하기 위한 연구다. 1차원적으로는 멀리 떨어져 있어도 3차원적으로는 붙어 있을 수 있기 때문이다.

현재까지 수많은 연구를 통해 알츠하이머병, 파킨슨병, 자가면역질환 등 다양한 복합 질환의 원인을 규명하려는 시도가 이뤄지면서 실제로 다수의 질환과 관련된 중요한 유전변이들이 발견됐지만 1차원적 DNA 서열 분석에 기반한 유전체 연구로는 모든 기능을 규명하는 데 한계가 있었다. 특히 게놈의 98%를 차지하는 비전사(유전자를 발현하지 않는)지역에 존재하는 유전정보 해독을 위해 3차원 게놈 구조 분석이 시도됐다.

지난 10년간 비약적으로 발전한 3차원 게놈 구조 연구는 비전사 지역에 존재하는 유전변이가 멀리 떨어진 유전자를 조절할 수 있는 염색질 고리 구조(chromatin loop)를 밝혔지만 몇 가지 세포주를 대상으로만 국한됐고, 질환과 직접 연관이 있는 각 인체 조직을 표적으로 한 게놈 3차원 구조는 규명되지 않았다.

연구팀은 인체 내의 27개 조직을 대상으로 이들 게놈의 3차원 구조를 규명하기 위한 새로운 실험 기법을 활용해 고해상도의 3차원 게놈 참조 지도를 작성했다.

그 결과 인간 게놈에 존재하는 약 90만 개의 게놈 3차원 염색질 고리 구조를 발굴하고, 이를 바탕으로 지금까지 기능이 명확하게 정의되지 않았던 2만 7천여 개 이상의 질환 연관 유전 변이의 표적 유전자를 정의해 이들 변이의 기능을 예측했다. 나아가 각 질환의 표적 유전자 유사도에 기반해 질환과 질환 사이의 신규 관계를 규명하고, 여러 질환에 공통으로 관여하는 신규 분자 기전을 제시했다.

정 교수는 “복합 질환 기전 규명을 위해서는 비전사 게놈 해독이 중요하며, 존재하는 다수의 중요 유전변이를 3차원 게놈 구조 해독을 통해 규명할 수 있음을 증명했다”고 설명하고 “이번 연구 결과는 퇴행성 뇌 질환을 포함해 다양한 복합 질환의 신규 기전 규명 및 표적 발굴에 활용될 것”으로 기대했다.

이번 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업, 보건복지부 질환극복기술개발사업, 서경배 과학재단의 지원을 통해 수행됐으며 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 제네틱스(Nature Genetics) 9월 10일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : A compendium of promoter-centered long-range chromatin interactions in the human genome)