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[바이오토픽] 변이의 비밀: 자녀의 변이를 증가시키는 정자와 난자의 유전자재조합
생명과학 양병찬 (2019-01-30 09:18)

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@ Science

부모는 자신의 유전자를 자녀에게 물려줄 때, 자기 염색체의 리믹스 버전을 제공한다. 그런데 15만 명 이상의 DNA를 정밀하게 분석한 연구에 따르면, 염색체의 리믹싱이 어린이 DNA의 특정 위치에 변이가 일어날 가능성을 증가시킨다고 한다. 이번 연구의 데이터는 인간의 변이를 이해하고, 진화의 속도를 예측하는 데 도움이 될 것으로 보인다.

"이번 연구의 규모는 사상 유례없는 수준이다"라고 컬럼비아 대학교의 몰리 세보스키(유전학)는 논평했다. "이번 연구의 데이터는 해당 분야에서 요긴하게 사용될 것이다."

당신의 유전체는 이중나선 DNA 분자의 기다란 가닥으로 구성되어 있으며, DNA는 네 개의 글자로 이루어진 '생명의 알파벳'으로 당신의 유전자를 코딩한다. 당신이 보유한 세포 하나하나에는 스물세 쌍의 염색체가 들어있으며, 그 속에는 약 30조 쌍의 글자들(염기쌍)이 둘둘 말린 채 들어있다. 각각의 염색체는 수십 만 개의 유전자들을 포함하고 있는데, 유전자란 무수한 단백질의 화학적 레시피가 수록되어 DNA 신장부(stretch)를 말한다.

부모는 유전자를 자녀에게 물려주기 위해, 생식세포(germ cell)라는 전문화된 세포를 쪼개어 난자와 정자를 만든다. 난자와 정자에는 23개의 염색체가 들어 있는데, 이는 오리지널 생식세포가 가진 유전물질(2n)의 절반(n)에 해당된다. 그러나 생식세포가 감수분열(meiosis)을 통해 쪼개지기 전에, 각각의 염색체들은 재조합(recombination)이라는 과정을 거쳐, 파트너(상동염색체)와 자신의 일부를 교환한다. 재조합을 교차(crossover)라고도 부르는데, 그 이유는 한 쌍의 염색체 사이에서 DNA 분절(segment)이 교차되기 때문이다. 그 결과, 자녀들은 부모와 똑같은 염색체를 갖지 않게 된다.

이제 그러한 재조합이 개별 유전자의 변이율에 영향을 미칠 수 있음을 보여주는 데이터가 제시되었다. 아이슬랜드 레이캬비크 소재 바이오텍 업체 디코드 제네틱스(deCODE Genetics)의 연구자들은, 인간 유전체에 들어있는 유전자의 상대적 위치를 자세히 기록한, 사상 최고의 정밀지도를 만들었다. 그들은 부모와 자녀의 DNA 차이를 들여다봄으로써, 그것이 부모에서 자녀로 대물림될 때 재조합되고 변이되는 과정을 추적할 수 있었다. 종전에 발표된 유전자지도에서는 특정 변이의 위치를 수천 개 이내의 DNA 염기쌍(bp) 이내에서 파악했지만, 이번 지도에서는 그 범위를 약 700bp로 좁혀 정확히 찾아냈다.

그들은 1월 24일 《Science》에 기고한 논문에서, "변이는 재조합 위치 근처에서 더 빈번히 일어난다"고 보고했다(참고 1). 즉, 재조합 위치를 기준으로 약 1000bp 이내의 DNA 신장부에서 일어난 변이는, 전유전체 평균보다 약 50배 많은 것으로 나타났다. 그리고 DNA 신장부가 재조합 위치에서 멀어질수록, 변이의 수는 감소했다.

선행연구에서도 이와 비슷한 '재조합과 변이의 관계'를 기술했지만, 정밀도가 낮았다. 부모의 성세포(sex cell)가 만들어질 때 발생하는 재조합은 무작위가 아니므로, 변이는 DNA의 특정 부분에서 일어날 가능성이 높으며, 그에 따라 변이가 무작위가 아닐 가능성도 높아진다. "이번 연구는, 유전적 다양성의 발생에는 무작위 이상의 것이 존재함을 시사한다"라고 디코드 제네틱스의 CEO로서 이번 논문의 저자인 카리 스테판손(신경학)은 말했다. 변이가 일어나는 과정을 이해하면, 종에서 유전적 다양성이 창조되는 과정을 이해하고, 변이가 초래하는 질병을 연구하는 데 통찰을 제공한다.

부모의 나이도 중요한 요인인 것으로 보인다. "아버지와 어머니의 연령의 출산연령이 한 살 증가할 때마다, 자녀의 DNA에 나타나는 변이의 개수는 각각 1.39와 0.38씩 증가하는 것으로 나타났다"고 연구진은 보고했다.

어머니의 나이도 자녀가 물려받는 재조합의 개수에 영향을 미친다. 나이든 어머니의 난세포는 젊은 어머니의 난세포보다 더 많은 재조합을 갖게 되는 것으로 나타났다.

재조합과 변이의 빈도는 차치하고, 연구진은 이번 연구에서 재조합의 비율이나 위치와 관련된 특정 유전자들을 - 연구자들이 이미 알고 있는 유전자 말고 추가로 - 확인했다. 그 유전자들의 성격과 '재조합과의 관련성'은 새로운 연구방향을 제시한다"라고 세보스키는 말했다.

이번 연구는 인간의 진화를 연구하는 연구자들에게도 도움이 될 것으로 보인다. UC 버클리의 프리야 무르자니(유전학)는 DNA 변이율을 '진화사에서 특정 사건이 일어난 이후 경과한 시간'을 측정하는 데 사용한다. "이번 연구의 데이터는 '변이율을 통제하는 요인'을 알고 '진화적 타임라인'을 더욱 정확히 작성하는 데 유용할 것 같다"라고 그녀는 말했다.

※ 참고문헌
1. http://science.sciencemag.org/content/363/6425/eaau1043

※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2019/01/gene-swapping-human-sperm-and-eggs-can-increase-genetic-mutations-children

 

오늘도 우리 몸은 싸우고 있다

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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