유전자 스위치를 켜고 끈다

 

유전자 스위치를 켜고 끈다 

 

 

 

 

인간 유전체의 서열이 밝혀지면서 많은 질병의 원인이 다 해결될 줄 알았다. 하지만 그로부터 15년여가 지난 지금까지 생물학적으로 인간의 질병이나 생명유지 현상을 유전체 서열만으로 간단히 해석할 수 없다는 사실을 깨닫게 되었다, 인간 유전체 서열 지도는 시작에 불과했다.

인체가 정상적인 기능을 발휘할 때와 질병에 걸렸을 때 어떤 유전학적인 차이가 있는지 분명치 않다. 유전체에 관한 연구가 진행될수록 의문은 오히려 증폭되었다. 동물이나 식물은 동일한 유전체 서열을 갖지만 세포마다 생존하기 위한 특별한 기능을 부여하고 있다.

 

즉, 인체는 모두 동일한 DNA서열을 가지고 있지만, 어떤 세포는 뇌세포가 되고 어떤 세포는 심장세포가 된다. 배아줄기세포로부터 성체줄기세포로 분화되면서 각 세포가 각기 다른 유전 형질을 발현하도록 특정 부위마다 유전자 스위치를 켜고 끄는 작용이 가해지기 때문이다. 하지만 정확히 어떤 부위에 어떤 변화를 주는지는 알지 못한다.

 

유전자 스위치를 켜고 끈다

세포 내에서 유전자 표현 방식을 다르게 조합하도록 바꾸는 현상을 후성유전적 변형이라고 부른다. 후성유전학(Epigenomics)은 유전체(Genome) 서열은 바꾸지 않고 활성화된 유전자 영역들의 조합을 달리 해서 각 세포 내에 특징적인 변화를 부여해 주는 현상을 연구하는 학문이다. 유전체가 수백 종의 세포를 만드는 요리책이라지만, 거의 대부분의 세포기능은 후성유전적 변형에 의해서 어떤 유전자는 끄고 어떤 유전자는 켜지도록 설정된다.

 

후성유전적으로 유전자 발현을 조절하는 방법에는 ‘DNA 메틸화’ 즉 DNA의 염기 중 하나인 시토신에 메틸기가 덧붙여져서 유전자를 인식하는 장치가 작동되지 않도록 하는 방법, ‘히스톤 변형’ 즉 히스톤 단백질로 DNA를 감아 묶어서 기능을 억제하는 방법, 그리고 ‘비암호화 RNA’를 통해 전사를 조절하는 방법이 있다.

미국의 인간유전체연구소는 2003년 9월에 DNA 원소들의 백과사전을 만드는 ENCODE 프로젝트를 시작했다. 이 연구에선 인간의 유전체 서열에 있는 모든 기능요소를 구분해내고자 했다. 인간유전체는 생명의 청사진이라 불리지만 거의 30억개의 DNA(염기 1000개 정도를 기준)가 각기 정확히 어떤 기능을 갖는 지 잘 모른다. 집중적인 연구에도 불구하고 특히 단백질 코딩 유전자를 구별하기 어려웠고 코딩에 관여하지 않는 RNA에 관해선 더욱 몰랐다.

 

인간의 생명과 질병에 대해서 좀 더 본질적인 연구가 필요했다. ENCODE 프로젝트는 인간 유전체 연구를 통해 후성유전적 변경을 지도로 그려서 인간유전체에 코딩되어 있는 모든 기능적 요소들을 설명하고자 했다. 그러나 대부분의 결과가 실험실에서 소수의 세포 주(Cell Line)를 대상으로 한 연구결과이기 때문에 임상적 적용은 제한되어 왔다. 임상적으로 유용한 후성유전학적 정보가 되려면 인체를 구성하는 모든 다양한 세포형식에서 직접 뽑아낸 결과이어야 한다.

ENCODE 프로젝트 이후에 미국 국립보건원(NIH)은 2010년부터 5년 동안 1억7000만불의 연구자금을 들여 ‘후성유전학 로드맵 프로젝트’를 추진했다. 그 결과 후성유전적 현상에 대한 방대한 정보를 수립했다. 이 프로젝트에선 인체 줄기세포들, 건강한 사람들의 각기 다른 기관조직들로부터 채취한 세포들, 암이나 퇴행성 신경질환 또는 면역질환 등을 앓는 환자들로부터 채취한 세포들을 모두 모아서 후성유전학적 변화를 분석하고 그 결과를 후성유전체 지도로 만들어 최근에 공개했다.

 

지금까지 유전적 변화를 조사할 때 참조가 된 것은 인간유전체 서열 정보뿐이었다. 후성유전체에 대해선 참조 정보가 없었는데 이번에 발표한 111종에 달하는 후성유전체 지도가 훌륭한 참조정보가 될 전망이다. 이 지도는 히스톤 수정 패턴, DNA 접근성, DNA 메틸화, RNA 발현에 대한 프로파일을 제공하고 있다. 다양한 특징으로 표현되는 생물학적인 세포 유형을 후성유전적 프로파일로 구분할 수 있으며, 유전자적 변형이 세포조직 속에서 관찰되는 질병이나 세포형질과 밀접한 연관이 있음도 보여주고 있다.

 

 

 

 

 

후성유전학이 규명할 의문점

후성유전학은 세 가지 측면에서 지금까지 해결하지 못했던 근본적인 통찰력을 제공한다.

 

첫째로, 후성유전체가 어떻게 유전자 표현에 변화를 주는가?

둘째로, 줄기세포가 정상적인 분열과정에서 어떻게 후성유전적 변화를 제공하는가?

셋째로, 질병을 일으키려면 어떻게 후성유전적 변화를 일으키는가?

 

이런 과정들을 이해하려면 후성유전적 정보변화가 가져다주는 핵심적인 역할을 알아야 한다. 결정적인 사실은 생물학적으로 변화가 한두 가지의 유전형질의 변형만으로 간단히 이뤄지지 않는다는 점이다. 여러 가지 변형인자들이 조합되어야만 생물학적인 변화가 드러나므로 한두 가지 유전자 변형으로 인해 발생할 수 있는 인체변화를 예측하기란 사실상 불가능하다.

 

그래서 후성유전학적 변화와 질병 사이의 인과관계를 주장하기 어려웠다. 하지만 이젠 질병을 일으키는 이유나 과정을 이해하기 위해서 그리고 그에 대응하는 방법을 설계하기 위해서 후성유전학적 변화를 정밀하게 분석해볼 기반이 생겼다. 새롭게 밝혀진 많은 데이터와 후성유전적 관점에서 바라본 데이터의 일관된 변화를 잘 분석한다면 어떤 유전자를 추적해 봐야 할지 선별이 가능한 수준에 이르렀다. 특정 질병의 경우라면 시간 경과에 따른 세포의 후성유전적 변화를 추적하여 후성유전적 변화와 질병 악화를 연계시킬 수 있다.

지금까지 질병이 DNA 기능의 파괴와 연결된다고 보기 어려웠던 이유는 많은 핵심적인 변화가 주로 단백질 제조코드 영역이 아닌 잘 모르는 유전체 영역에서 발생했기 때문이다. 하지만 이번에 발표된 후성유전체 지도는 과학자들이 지금까지 잘 몰랐던 영역들에 대해서도 조사할 수 있는 길을 열어줬다. 관련 세포 형식에 관한 후성유전체 지도를 겹쳐보면 해당 질병과 연관된 후성유전체적 변화가 유전자 활동을 조절하는 유전체 영역과 어떻게 다른지 알 수 있다. 만약 다르다면 이 겹친 부위의 유전체를 탐색 대상으로 삼을 수 있다.

흔히 암은 ‘유전병’이라고 한다. 그렇지만 암을 일으키는 유전체는 따로 존재하지 않는다. 모든 질병 중에서 암은 후성유전적 변화와 가장 분명하게 연결되어 있다. 과학자들은 오래전부터 암을 유발시킨 돌연변이 유전자는 후성유전적 영향을 받았을 것으로 추정해 왔다.

 

이번에 발표된 연구결과에서 이것이 사실임이 밝혀졌고 더 나아가서 후성유전체가 암을 일으킨 세포지문을 갖고 있다는 사실도 확인했다. 이런 사실은 간세포와 같이 복잡한 조직에서 발생한 암을 고치는 데 특히 결정적인 정보가 된다.

 

 

 

질병의 원인이 밝혀진다

인간의 질병은 유전체와 후성유전체가 함께 작용한 결과임이 분명해졌다. 따라서 앞으론 유전체 정보와 후성유전체 정보를 모두 고려하여 질병 연구를 할 수 있게 되었다. 물론 풀리지 않았던 문제들의 해답이 바로 나올 수는 없다. 다만 연구자가 무엇에 초점을 맞춰야 의문이 쉽게 풀릴지 명확해졌다는 관점이다.

최근엔 인간의 유전자 서열 분석기술이 발달하여 비용도 적게 들고 시간도 크게 단축됐다. 나머지는 유전체를 해석하는 일만 남았다. 후성유전체 지도는 기본적으로 특정 세포나 조직 형태에서 각 DNA 조각을 판독할 수 있는 사전이다. 이들 지도에선 중요한 인체 세포와 조직에 대한 후성유전적 데이터를 상세하게 보여주기 때문에 인간유전체가 환경 변화와 시간에 따라서 어떻게 변해가는 지를 보여주는 스냅사진과 같다.

후성유전에 의한 유전자 변형은 암, 치매, 우울증, 조울증, 자폐증, 비만, 당뇨, 태아의 심장병뿐만 아니라 불로장수와도 직결된다고 알려졌다. NIH는 후성유전체 지도가 완성된 걸 계기로 후성유전적 변화가 인간 질병에 어떻게 작용하는지 더 자세한 후속 연구들을 지원하고 있다. 질병치료법을 찾는 건강과 질병에 관한 광범위한 주제들이 모두 지원 대상이다.

 

NIH와 후성유전체 연구자금을 공동운영하고 있는 미국 약물남용연구소(NIDA)는 약물남용과 약물중독에 관한 전 세계의 연구활동을 지원한다. 미국 환경보건과학연구소(NIEHS)는 환경이 인체건강에 미치는 영향에 관한 연구를 지원한다. 이제 생명공학 연구의 중심은 후성유전학으로 쏠리고 있다. 질병을 예방하거나 고치는 비법이 모두 후성유전자 변형을 정확히 이해하는 데서 출발한다는 사실에 주목하기 시작했다.

이준정 미래탐험연구소 대표

 

 

NOTE:

유전자 스위치를 끄고 켠다는 말을 학문적 해석으로 어렵게 생각 할 것이 없다, 간단하게 정리하자면 인간의 생각이나 습관을 바꾸면 얼마든지 유전자를 정상적으로 잘 작동시킬 수 있다는 뜻이다. 질병의 원인이나 최근 증가하는 암도 마찬가지로 유전자를 얼마나 잘 활용하느냐에 따라 암을 예방할 수 있고 암에 걸릴 수도 있는 것이다.

 

만약에 지금 암과 투병중인 경우라면 잠자고 있는 유전자를 켜고 비정상적으로 활동하는 유전자를 정상으로 환원시키면 암으로 부터 자유로울수 있으며 건강하게 잘 살수 있다고 본다, 그러므로 유전자를 전원 스위치처럼 켠다는 것은 기본적으로 생각을 바꾸어야 한다,

 

정신이 육체를 지배한다는 말이 있듯이 투병중인 환자는 항상 긍정의 마음으로 즐겁고 행복하게 생활을 하여야 한다, 그러나 암과 투병하는 과정에서 매사 부정적인 시각으로 바라보고 분노를 하거나 짜증을 내게 되면 당연히 유전자는 전원이 오프 되는 것처럼 작동을 멈추게 되게 된다,

 

인체를 구성하고 있는 모든 것이 제각기 다른 역활을 하지만 세포속의 핵은 항상 팽이처럼 빙글빙글 돌아야하는데 어떠한 원인으로 인하여 세포의 핵이 돌지 않거나 비실 비실거리면 면역세포들이 암을 제대로 공략을 하지 못하고 증세가 점점 악화되기도 하는 것 이다, 즉 인체의 유전자가 제대로 작동을 한다면 암도 서서히 제압이 되고 정상적인 건강 상태를 유지하게 된다

 

예전에 엔돌핀이라는 학설을 내세워 우리에게 많이 알려진 이상구박사도 최근에는 뉴스타트 요법으로 암을 자연치유하는데 활용을 하고 있는데 그 것도 결국 인체의 유전자를 켜기 위한 방법이다. 그렇다고 뉴스타트 요법이 매우 특별하고 요란한 것이 아니다, 자연속에서 자연과 대화를 하고 맑은 공기를 마시면서 풍욕도 하고 항상 웃으면서 즐겁게 투병 생활을 하는 것이 전부이다, 물론 음식도 오염되지 않은 신선한 재료를 이용하여 절제된 식생활로 유도하는 것 이다.

 

그리고 필자는 가능하면 암 투병을 하려면 자연으로 돌아가라고 권유하기도 한다,물론 도시 생활을 하면서 암을 극복할 수 있다면 문제가 없지만 개인에 따라 증례가 다르기 때문에 여건이 된다면 조금 무리를 해서라도 도시 생활을 청산하고 자연으로 돌아가 투병 할 것을 권유하고 싶다, 자연은 유전자를 제대로 작동시킬 수 있는 최고의 환경이다.

더라이프 메디칼ㅣ김동우

 

자료출처: http://blog.daum.net/inbio880

 

 

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