국내 연구진이 미토콘드리아 DNA의 인체 내 돌연변이 현상을 세계 최대 규모의 연구를 통해 밝혀냈다. 한국과학기술원(KAIST)은 의과학대학원 주영석 교수와 안지송 박사과정 연구팀이 주도한 미토콘드리아 DNA 돌연변이 연구 결과가 국제 학술지 '네이처 지네틱스'(Nature Genetics) 지난 22일 자에 실렸다고 24일 밝혔다.

이번 연구에는 서울대·연세대·고려대 의대, 국립암센터, KAIST 교원창업기업 '이노크라스' 연구자들도 참여했다.

미토콘드리아는 에너지를 만들어 내는 세포 내 소기관이다. 세포핵의 DNA와는 다른 자체 DNA를 갖고 있다. 세포핵의 DNA는 정자와 난자가 수정했을 때 부모로부터 각각 절반씩 받지만, 미토콘드리아 DNA는 난자를 통해 모계로만 유전된다. DNA를 갖고 있기 때문에 돌연변이도 발생할 수 있다.

하지만 돌연변이를 정밀하게 찾아내는 데 필수적인 '단일세포 전장유전체'(whole-genome sequencing) 기술의 한계로 미토콘드리아 DNA 돌연변이에 대한 연구는 미흡한 실정이다.

연구팀은 31명의 정상 대장 상피 조직, 섬유아세포, 혈액에서 확보한 2천96개 단일세포의 전장유전체 서열을 생명정보학 기법으로 분석, 세계 최대 규모의 연구를 수행했다.

연구 결과 세포 당 평균 3개의 유의미한 미토콘드리아 DNA 돌연변이(모자이시즘·Mosaicism)가 존재하는 것으로 나타났다. 약 6%의 돌연변이는 모계로부터 헤테로플라스미(heteroplasmy·정상 DNA와 돌연변이 DNA가 섞여 있는 이형상태) 상태로 전달되는 것으로 확인됐다.

이어 젊은 체세포가 노화함에 따라 돌연변이가 발생하며, 암 발생 과정에서도 돌연변이 수가 유의미하게 증가했다. 이들 변이 중 일부는 미토콘드리아 리보핵산(RNA)의 불안정성에 기여한다는 사실도 밝혔다.

주영석 교수는 "인간의 배아 발생 단계부터 노화·발암에 이르기까지의 미토콘드리아 발생과 진화 과정을 이해할 수 있는 모델을 구축했다"며 "미토콘드리아 DNA가 노화와 질병 발생에 미치는 영향을 이해하는 데 기여할 것"이라고 말했다.