쓸모없다 믿었던 정크 DNA, 노화와 발암의 원인?

[서해원당]

쓸모없다 믿었던 정크 DNA, 노화와 발암의 원인?

                                                                                                                      <KISTI의 과학향기> 제3858호   2023년 05월 22일

KAIST 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 서울대학교병원 외과 김민정 교수, 고려대학교 의과대학 권현우 교수팀과의 공동연구로 쓸모없는 DNA를 뜻하는 정크 DNA가 노화와 발암 과정에 연관이 있음을 규명했다.

인간 유전체 중 일반적인 단백질 생성 유전자는 전체 염기서열의 1% 정도에 불과하며, 나머지 99%의 유전체 영역은 그 기능이 뚜렷하게 알려지지 않아 ‘쓸모없는 DNA’라는 뜻으로 ‘정크 DNA’라고 불린다. 정크 DNA 가운데 약 1/6을 차지하는 L1 점핑 유전자는 활성화될 경우 세포의 유전정보를 파괴하거나 교란하는 역할을 할 수 있어, 사람의 진화 과정에서 불활성화(화석화) 됐다고 알려져 있었다. 

이번 연구는 이러한 일반적인 믿음과는 달리 L1 점핑 유전자의 일부는 아직도 특정 조직에서 활성화될 수 있고, 노화 과정에서 유전체 돌연변이를 빈번하게 생성하고 있음을 확인했다. 연구팀은 28명의 개인의 피부(섬유아세포), 혈액 및 대장 상피 조직에서 확보한 총 899개 단일세포의 전장 유전체(whole-genome sequencing) 서열을 생명정보학 기법으로 분석했다.

분석 결과, L1 점핑 유전자에 의한 돌연변이의 빈도는 세포 종류에 따라 큰 차이를 보였으며, 노화된 대장 상피세포에서 주로 발견됐다. 연구팀은 L1 점핑 유전자의 활성화에 의한 대장 상피세포의 유전체 돌연변이가 태어나기 전 배아 발생단계에서부터 평생에 걸쳐서 지속적으로 일어나고 있음을 확인했다. 연구에 따르면 40세가 된 개인의 대장 상피 세포들은 평균적으로 1개 이상의 L1 점핑 유전자에 의한 돌연변이를 갖게 된다.

연구팀은 L1 점핑 유전자 활성화 기전을 추적하기 위해 DNA와 후성 유전체 (DNA 메틸레이션) 서열을 함께 확인했다. 확인 결과, L1 점핑 유전자가 활성화된 세포에서는 후성 유전체의 불안정성이 발견됐다. 후성 유전체의 변화가 L1 점핑 유전자의 활성을 조절하는 스위치였던 것이다. 연구팀은 세포들의 배아발생과정을 추적하여, 이러한 후성 유전체 불안정성의 대다수가 초기 배아 발생과정에 형성되었음을 제시했다. 

이번 연구는 향후 더 많은 조직에서 L1 점핑유전자 활성화에 의한 노화 및 발암 과정을 확인하고 이의 활성화를 억제하여 인체 노화 및 질환 발생을 제어하는 기술개발에 이바지할 수 있을 것이라 기대된다. 주영석 교수는 “이번 연구는 DNA 돌연변이가 암이나 질환을 갖고 있는 세포의 전유물이 아니며, 인간의 정상 세포의 노화과정에서 세포 자체의 불안정성에 의해 끊임없이 돌연변이가 생성되고 있음을 보여준다”라고 말했다.

해당 연구는 국제 학술지 '네이처(Nature)' 5월 10일 字 온라인판(영국 현지시간)에 게재됐다.