국내 연구진이 유전 정보를 담고 있는 유전체의 3차 구조가 만들어지는 원리와 상호작용을 밝혔다. 암·노화를 비롯해 유전자 이상으로 나타날 수 있는 질병의 예방·치료법 개발에 기여할 것으로 기대를 모은다.
한국과학기술원(KAIST)은 정인경 생명과학과 교수, 신용대 서울대 기계공학부 교수, 최정모 부산대 교수 공동 연구진이 세포 핵에서 염색체 3차 구조의 신규 생성 원리와 이를 조절하는 인자를 발견했다고 10일 밝혔다.
세포의 핵 안에서 염색체가 이루는 3차 구조는 유전자의 발현과 밀접한 연관이 있어 암, 노화를 비롯한 다양한 질환의 원인이나 치료법을 찾는 열쇠로 주목받고 있다. 이 때문에 염색체 3차 구조에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 최근에는 염색체 3차 구조가 핵 안에 무작위로 존재하는 것이 아니라 특정한 구조를 이루고 유전자의 정확한 발현을 조절하는 것이 알려졌다.
그러나 지금까지 염색체 3차 구조에 관한 연구는 비교적 관찰이 쉬운 염색체 내 상호작용에 국한돼 있었다. 더 큰 범위에서의 염색체 간 상호작용은 관찰하기 어려워 아직까지 연구가 거의 진행되지 않고 있다.
공동 연구진은 기계학습 알고리즘을 도입해 염색체 3차 구조 데이터를 바탕으로 상호작용 정보를 분석할 수 있는 ‘행렬 분해기법’을 활용해 이런 문제를 해결했다.
공동 연구진은 행렬 분해기법을 활용해 여러 세포에서 염색체가 어떻게 상호작용하는지 정보를 추출해 분석했다. 분석 결과 여러 세포에서 공통적으로 핵 안에 있는 막이 없는 구조체인 ‘핵 스페클’의 주위에서 염색체 사이의 상호작용이 일어난다는 것을 확인했다. 단백질 인식 염기서열 분석을 통해서는 스페클 주위의 염색체 상호작용이 ‘MAZ 단백질’에 의해 조절된다는 것도 확인했다.
다만 세포 수준에서 염색체 사이의 상호작용은 세포마다 다르게 나타났다. 기존에는 염색체 사이의 상호작용 양상이 고정돼 있는 것으로 알려졌지만, 핵과 염색체 사이의 상호작용이 확률적으로 결정된다는 것을 확인했다.
논문 제1저자인 주재건 KAIST 석·박사 통합과정 연구원은 “그동안 실험 기법의 한계로 가려져 있던 염색체 간 상호작용 형성 원리를 밝혀낸 연구”라고 설명했다.
정인경 교수는 “염색체 3차 구조에 따른 유전자 발현 조절 분야와 암 질환에서 빈번하게 보고되고 있는 염색체 변이 원인 규명에서 핵체와 염색체 간 상호작용의 중요성을 이해할 수 있을 것으로 기대되는 성과ˮ라고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지 ‘핵산 연구’에 지난 5일 소개됐다.
참고자료
Nucleic Acids Research, DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkad211