▲ ?전사체/단백체가 패턴이 될 수 있는 이유(뇌질환 예시) ⓒ IBS 시냅스 뇌질환 연구단 원인 유전자만 1200여 개가 넘어 치료법 개발에 어려움을 겪던 자폐 스펙트럼 장애(ASD)의 공통된 생물학적 발병 원리가 국내 연구진에 의해 밝혀졌다. 복잡한 유전적 다양성을 단 두 개의 패턴으로 정리한 '분자 지도'가 완성되면서, 개별 유전자 중심이던 자폐 연구 패러다임(사고 틀)이 맞춤형 정밀의학으로 전환될 전망이다. 과학기술정보통신부는 18일 기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장과 한국과학기술정보연구원(KISTI) 디지털바이오컴퓨팅연구단 공동 연구팀이 자폐 위험 유전자 돌연변이를 가진 생쥐 모델을 분석해 다양한 유전자 변이가 두 가지 상반된 유전자 활성(전사체) 상태로 수렴한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. 박시정 과학기술정보통신부 기초연구진흥과장은 전날(17일) 정부세종청사에서 기자들과 만나 "자폐 스펙트럼 장애는 스펙트럼이라는 이름에서 알 수 있듯이 그 증상과 장애 정도가 매우 폭넓게 나타난다"면서 "관련된 위험 유전자 역시 1200개가 넘을 정도로 매우 복잡한 질환"이라고 설명했다. 이어 그는 "그동안의 연구는 주로 하나의 위험 유전자를 개별적으로 분석하는 데 머물러 있어 자폐를 포괄하는 공통의 생물학적 원리를 파악하는 데 한계가 있었다"고 지적했다. 모바일 일본 야마토 게임 이에 연구진은 시냅스 기능, 유전자 발현 조절, 세포 내 신호 전달 등 서로 다른 기능에 관여하는 자폐 위험 유전자 17종을 선정하고, 각각 돌연변이를 가진 생쥐 모델을 수년에 걸쳐 구축했다. 이후 생쥐의 뇌 전전두엽에서 얻은 'RNA(리보핵산) 시퀀싱' 데이터 1008개를 분석해 유전자 활동 양상을 비교했다. RNA 시퀀싱은 세포에서 만들어지는 RNA를 분석해 어떤 유전자가 얼마나 활발하게 작동하는지 확인하는 방법이다. 그 결과 서로 다른 유전자에 변이가 생겼더라도 뇌의 유전자 활동은 크게 두 가지 상태로 수렴했다. ▲ 자폐 위험 유전자 생쥐 모델에서 나타난 두 가지 상반된 분자적 뇌 상태?[그룹1] 시냅스 유전자 감소, 크로마틴/mRNA 처리 관련 유전자 증가, 약물(플루옥세틴·리튬) 반응이 더 일관됨 / [그룹2] 시냅스 유전자 증가, 크로마틴/mRNA 처리 관련 유전자 감소, 약물 반응이 더 불규칙함 ⓒ IBS 제공 첫 번째 그룹에서는 신경세포 사이의 신호 전달을 담당하는 시냅스 관련 유전자의 활동이 감소하는 대신 유전자 발현을 조절하거나 RNA를 가공하는 유전자의 활동이 증가했다. 반대로 두 번째 그룹에서는 시냅스 관련 유전자의 활동이 증가하고 유전자 발현 조절 및 RNA 가공 관련 유전자의 활동은 감소했다. 체리마스터 비법 출발.인 유전자는 달라도 뇌에서 나타나는 분자 수준의 변화는 두 가지 일정한 패턴으로 정리된다는 의미다. 박 과장은 "이번에 IBS 연구진은 17종의 대규모 자폐 생쥐 모델을 비교·분석하는 새로운 접근을 시도하셨다"며 "그 결과, 유전자 변이의 종류와 관계없이 뇌세포 수 유전자 발현 양상이 두 가지 공통된 분자 패턴으로 수렴한다는 사실을 세계 최초로 규명하였다"고 밝혔다. 이어 "이로써 자폐의 복잡한 유전적 다양성을 하나의 통합된 분자적 기준 위에서 이해할 수 있게 됐다"며 "이는 자폐의 근본 원리를 밝히고 환자 맞춤형 치료 전략을 개발하기 위한 중요한 이정표를 세운 의미 있는 성과"라고 강조했다. 두 분자 그룹은 약물에 대한 반응에서도 차이를 보였다. 연구진이 항우울제 플루옥세틴과 기분안정제 리튬을 투여한 결과 첫 번째 그룹에서는 여러 유전자의 분자적 이상이 일관되게 회복됐다. 반면 두 번째 그룹에서는 유전자에 따라 약물 반응이 달라 같은 약물을 투여해도 일정한 회복 양상이 나타나지 않았다. 이는 향후 자폐 환자의 분자적 상태를 파악한 뒤 치료제를 선택하는 '환자 맞춤형 정밀 치료' 연구의 기반이 될 수 있다는 게 연구진의 설명이다. 연구진은 약 100만 개의 세포핵을 개별 분석하는 단일핵 RNA 시퀀싱과 유전자 상호 연관성 분석 등을 통해 결과를 추가 검증했다. 또 다른 자폐 생쥐 모델과 실제 자폐 환자의 뇌 전사체 데이터에서도 비슷한 두 가지 분자 패턴을 확인했다 모바일 손오공예시 . 박 과장은 이번 연구에 대해 "오랫동안 축적해 온 IBS의 기초연구 자원에 한국과학기술정보연구원의 대규모 데이터 분석 역량이 유기적으로 결합하여 이뤄낸 결실이라는 。에서도 큰 의미가 있다"고 평가했다. 연구를 이끈 김은준 IBS 연구단장(KAIST생명과학과)은 "자폐는 원인 유전자가 매우 다양해 개별 유전자 연구만으로는 공통의 발병 원리를 이해하는 데 한계가 있었다"며 "다양한 유전적 원인을 공통된 분자적 특징으로 해석하는 새로운 연구 틀이 제시된 만큼 자폐 연구의 지평을 넓히는 계기가 될 것"이라고 말했다. 배미현 IBS 연구위원 역시 "이번 연구로 자폐 치료 후보 물질에 대한 비교·평가 연구가 보다 체계화될 것"이라며 "향후 인간 유래 세포 등으로 연구 범위를 확장해 자폐 기전과 새로운 치료 전략을 보다 정교하게 연구해 나갈 계획"이라고 포부를 전했다. 김성수 과기정통부 연구개발실장은 "대규모 생명 연구 자원 축적과 첨단 데이터 분석 역량을 연계해 이뤄낸 의미 있는 성과"라며 "난치성 질환 극복을 위해 생명 현상에 대한 근본 원리 규명과 첨단 바이오 연구를 꾸준히 지원해 나가겠다"고 밝혔다. 한편 이번 연구는 과기정통부의 IBS 기초과학연구단 지원 사업을 통해 수행됐으며, 대규모 실험 데이터 통합·분석은 KISTI가 지원하는 '국가 바이오 데이터 스테이션(K-BDS)'의 컴퓨팅 자원을 통해 이뤄졌다. 연구 성과는 과학 분야 최고 권위지인 < 사이언스(Science )>에 이날 오전 3시(한국시각)에 게재됐다. 유전자가 매우 다양