특히 정상 체세포에서 발생하는 모자이시즘은 노화는 물론 암을 비롯한 여러 질병의 주요 원인이다.
미토콘드리아는 세포 에너지대사와 사멸에 관여하는 소기관으로, 자체 DNA를 갖기 때문에 돌연변이가 발생할 수 있다.
이런 미토콘드리아 DNA는 단일 세포 내에 수백 개 이상 존재하기 때문에 돌연변이를 찾아내기 위한 전장유전체(whole-genome sequencing) 기술이 필요하다.
그러나 기술의 한계 때문에 미토콘드리아 DNA 돌연변이와 모자이시즘 연구에 어려움이 있었다.
질병 일으키는 미토콘드리아 DNA 돌연변이 추적
KAIST 의과학대학원 주영석 교수팀이 세포소기관 미토콘드리아 DNA의 인체 내 모자이시즘 현상을 최초로 규명했다.
이에 따라 향후 미토콘드리아 DNA가 노화와 질병 발생에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 초석을 제공할 것으로 기대된다.
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연구팀은 31명에게 추출한 정상적인 대장 상피조직과 섬유아세포, 혈액에서 확보한 단일세포 2,096개의 전장유전체 서열을 생명정보학 기법으로 분석했다.
분석결과 정상세포의 90% 이상에서 미토콘드리아 DNA 돌연변이가 최소 1개 발견됐고, 세포 당 평균가 존재한 것을 확인했다.
또 돌연변이 대부분은 노화과정에서 생성됐고, 6% 가량만 모계에서 전달된 수정란부터 존재했다. 특히 노화과정에서 발생하는 돌연변이는 대부분 DNA 복제 중 발생하는 것임을 규명했다.
아울러 암 발생 과정에서 미토콘드리아 DNA 돌연변이 수가 유의미하게 증가했는데, 이들 변이 중 일부는 미토콘드리아 RNA 불안정성에 기여한 것으로 나타났다.
연구팀은 이번에 관찰한 데이터를 바탕으로 인간의 배아 발생단계부터 노화 및 발암과정에서 미토콘드리아 발생과 진화과정을 이해할 수 있는 모델을 구축했다.
이번 연구는 세계 최대 규모의 인간 체세포 조사로 미토콘드리아 DNA 모자이시즘을 명확히 규명한 것으로 평가받고 있다.
주 교수는 “이번 연구는 전장유전체 빅데이터를 체계적으로 활용해 미지의 영역인 생명과학 현상을 규명한 것”이라며 “암이나 배아 발생과정과 노화에 나타나는 미토콘드리아 DNA 변화를 체계적으로 이해할 수 있는 방법을 수립했다”고 설명했다.
한편 이번 연구는 안지송 KAIST 의과학대학원 박사과정이 주도했고, 서울대 의대, 연세대 의학, 고려대 의대, 국립암센터, KAIST 교원창업기업 이노크라스가 참여했다. 연구결과는 과학학술지 ‘네이처 지네틱스’ 7월 22일자 온라인판에 게재됐다.
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대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com