April 27,2018

쌍둥이의 닮은 꼴은 어떻게 나타날까

배아발달 단계의 ‘메틸화’가 원인

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누가 누구인지 구별할 수 없을 정도로 꼭 닮은 일란성 쌍둥이는 왜 저렇게 닮을 수 있을까?

미국 휴스톤의 국제연구팀이 일란성 쌍둥이에게 나타나는 새로운 현상을 발견했다. 쌍둥이들은 분자수준에서 닮은 모습을 보였는데 이 분자 닮은꼴은 생물학적 특징에 영향을 미친다. 연구자들은 닮은꼴 정도를 설명하기 위한 메커니즘을 제안했으며 이는 성인이 돼서 암의 위험과 연결됐음을 보여줬다. 이번 연구결과는 게놈 바이올로지(Genome Biology)에 게재됐다.

개인의 특징은 부모에게 물려받은 유전자에만 영향 받는 것이 아니라, 후생유전학의 영향도 많이 받는다. 후성유전학은 서로 다른 세포형태에서 어떤 유전자가 켜지거나 꺼지는지를 결정하는 분자메커니즘에 좌우된다.

쌍둥이는 후성 유전학으로 태어난다. ⓒ Pixabay

쌍둥이는 후성 유전학으로 태어난다. ⓒ Pixabay

“만약 우리가 사람의 DNA를 컴퓨터 하드웨어라고 생각한다면, 후성유전적 특징은 이 컴퓨터가 할 수 있는 것을 결정하는 소프트웨어라고 할 수 있다.” 이번 연구의 시니어 저자인 미국 베일러 의대(Baylor College of Medicine) 로버트 워터랜드(Robert A. Waterland)박사는 후성유전의 역할이 얼마나 중요한지에 대해 이렇게 말했다.

후성유전학은 다양한 분자메커니즘이 유전자가 발현하는 방법에 미치는 영향을 연구하는 분야이다. 후성유전학은 유전자에 화학적인 꼬리표를 달거나 제거하는 방식으로 작용한다. 비교적 잘 연구된 이 꼬리표 중 하나는 발달과 암에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 메틸기이다.

유기화합물의 수소원자가 메틸기로 치환되는 것이 DNA 메틸화 현상이다. 메탄에서 나온 분자들인 메틸기가 유전자의 작용에 영향을 미치는 것이다.

닮은꼴 쌍둥이는 후성유전적 특징 

연구팀은 모든 세포에 존재하는 안정적인 후성유전 마커인 MEs(metastable epialleles)에 초점을 맞췄다. MEs의 후성유전적 변이는 산모의 영양결핍에서부터 계절 등 매우 다양한 요인에 의해 일어난다.

이번 연구에서 과학자들은 일란성쌍둥이는 MEs에서 후성유전적 특징이 같음을 발견한 것이다. 이전 연구에서는 메틸 꼬리표(methyl tag)가 초기 배아 발달단계여서 MEs에 임의로 붙는다고 생각했다.

연구팀은 메틸 꼬리표가 이같은 현상이 일란성 쌍둥이와 이란성 쌍둥이에게 있어서도 임의로 발생할 것으로 예상했다. 그러나, 메틸화 패턴이 일란성 쌍둥이에게서는 거의 완벽하게 일치했다. 연구팀은 이같은 현상을 ‘후성유전적 슈퍼 닮은꼴’(epigenetic supersimilarity)이라고 부른다.

일란성 쌍둥이는 아주 초기 배아시절에 형성됐다가, 둘로 나눠지면서 각각 분리된 인간 존재로 발달을 계속한다. 이번 연구의 저자들은 이간은 후성유전적 슈퍼 닮은꼴을 설명하기 위해 간단한 모델을 만들어 실험했다.

만약 후성유전 마커가 배아가 둘로 나뉘기 전에 정착한다면, 그러면 마커는 두 쌍둥이에게서 같을 것이다고 워터랜드 교수는 말했다. 본질적으로 두 쌍둥이는 하나의 개인으로의 발달 유산을 공유한다는 분자기억을 물려 받는다. 다른 편으로 배아가 나뉜 후에 설치된 우성유전 마커가 설치된 유전자는 두 쌍둥이 사이에 후성유전적 차이가 더 클 수있다.

후성유전적 슈퍼 닮은꼴은 암과 연결되어 있다. 이 후성유전 마커가 암발생 위험에 영향을 미치는지 아닌지를 실험하기 위해, 연구팀은 호주 멜버른의 암 유행병학자들과 공동연구를 벌였다.

일란성 쌍둥이는 생물학적으로도 매우 닮았다. ⓒPixabay

일란성 쌍둥이는 생물학적으로도 매우 닮았다. ⓒPixabay

호주 연구팀은 건강한 성인으로부터 채취한 말초 혈액 DNA샘플을 분석, 후성유전적 슈퍼 닮은꼴 유전자에서 일어나는 메틸화 현상은 몇 가지 암 위험성과 연관되어 있음을 알 수 있었다. “이런 종류의 암에는 허파암, 전립선암, 결장암 등이 있다”고 논문 저자 중 한 명인 이 위원회의 로저 밀느(Roger Milne) 박사는 말했다.

이번 연구는 후성유전적 수준에서 일란성 쌍둥이는 지금까지 알려진 것 보다 훨씬 더 서로 닮았음을 보여주고 있다.

후성 유전학은 최근들어 새로운 사실을 많이 밝혀내고 있다. 예를 들어 2017년 과학자들은 인간의 연설능력은 선천적인 능력이라기 보다 후성유전적임을 밝혀냈다.

이번 연구 역시 후성유전학이 미래 의학에서 더욱 중요함을 보여줬다. 개인의 노력이나 주변 환경 등 후천적인 요인의 중요성은 점점 더 드러나고 있다.

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