KAIST-서울대 연구진, ‘게놈 3차 구조’ 신규원리 발견

[헤럴드경제=구본혁 기자] 3차원 게놈 구조가 암, 노화 등 다양한 복합질환에서 질환 특이적 유전자 발현과 밀접한 연관이 있다는 사실이 밝혀지고 있다. 하지만 기존 게놈 3차 구조는 비교적 관찰이 쉬운 염색체 내 상호작용에 대부분 국한돼 있었고, 더 큰 범위에서의 염색체 간 상호작용에 대해서는 관찰 실험기법의 한계로 인해 연구가 거의 진행되지 않았다.

카이스트(KAIST)는 생명과학과 정인경 교수 연구팀이 서울대학교 기계공학부 신용대 교수, 부산대학교 최정모 교수와 공동연구를 통해 세포핵 내 3차원 게놈 구조 신규 생성 원리와 이를 조절하는 매개 인자를 발견했다고 10일 밝혔다.

이번 연구에서 연구팀은 행렬 분해기법이란 분석기법을 활용하여 게놈 3차 구조 데이터로부터 염색체 간 상호작용 정보를 효과적으로 추출할 수 있는 신규 기계학습 알고리즘을 개발, 이를 DNA 이미징 기법을 통해 검증했다.

연구팀은 해당 분석 알고리즘을 이용해 여러 세포주의 염색체 간 상호작용 정보를 추출 및 분석했고, 핵 스페클(핵 내 존재하는 막이 없는 구조체) 주위에 위치한 염색체 간 상호작용이 여러 세포에서 공통적으로 보존됨을 관찰했다. 연구팀은 단백질 인식 염기서열 분석을 통해 스페클 주위 염색체 간 상호작용이 MAZ 단백질에 의해 매개됨을 최초로 발견했다.

또한 단일세포 수준에서 염색체 간 상호작용이 세포마다 다르게 발생한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 염색체 간 상호작용이 기존에 알려져 있던 것과 달리 고정돼 있지 않으며, 핵체와 게놈 지역 사이의 개별 상호작용을 통해 확률적으로 결정된다는 내용을 제시하여 염색체 간 상호작용의 원리를 최초로 규명했다.

이번 연구는 기존에 알려지지 않았던 염색체 간 상호작용의 형성원리와 매개 인자인 MAZ 단백질의 역할을 밝힘으로써 더 큰 범위에서의 게놈 3차 구조에 대한 근본적인 원리 규명 단서를 제공했다는 점에서 큰 의의가 있다.

정인경 교수는 “향후 게놈 3차 구조에 따른 유전자 발현 조절 분야와 암 질환 등에서 빈번하게 보고되고 있는 염색체 변이 원인 규명 등에서 핵체와 게놈 간 상호작용의 중요성을 이해할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘핵산 연구’ 4월 5일 출판됐다.