다운증후군 지적 장애 치료에 청신호

다운증후군 쥐의 손상된 성체 신경발생 회복시켜 강창대l승인2019.06.14l수정2019.06.18 11:46

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강창대 / 언론인

울산과학기술원 생명과학부 연구진이 다운증후군에서 지적 장애를 일으키는 요인이 되는 유전자, 그리고 이 유전자가 작동하는 기본 원리를 규명했다고 합니다.

동물실험으로 밝혀낸 것이라 큰 기대를 가져도 좋을지 모르겠지만, 이번 연구 결과에는 세계 최초라는 수사가 붙었습니다.

생물학 배경지식이 백지에 가까운 저로서는 연구 내용을 속속들이 이해하는 게 불가능했습니다. 나름 이해한 만큼 이곳에 옮기면 이렇습니다.

이 연구는 세포를 복제하는 유전자 연구와 더불어, 후성유전학(또는 후생유전학)이라는 분야와 관련이 있습니다.

세포는 분열하며 낡은 세포를 새로운 것으로 바꿉니다. 그럼으로써 동물의 몸이 성장하거나 원래의 그 상태를 유지합니다. 이때 세포핵에 있는 유전자도 그대로 복제됩니다. 유전자에는 그 개체의 생물학적 특성이 프로그램 돼 있다고 하지요. 그런데 유전자를 둘러싼 외부 환경에 의해서도 유전 현상이 일어난다고 합니다.

라마르크라는 생물학자가 주장한 용불용설用不用說이 그런 현상의 예로 종종 거론됩니다. 라마르크의 가설은 생물이 환경에 적응하면서 갖게 된 형질(획득 형질)이 유전되면서 진화가 일어난다는 주장입니다.

그러나 이 가설은 현대 진화 이론에서 배척됐습니다. 그럴 수 없다는 것이지요. 하지만 최근에 획득 형질 역시 유전된다는 사례가 속속 발견되면서 이 분야의 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다. 바로 이런 연구를 두고 후성유전학이라고 합니다.

다운 증후군은 염색체 21번이 하나 더 존재하는 유전적 질병입니다. 신생아 700명 가운데 1명꼴로 발생하고, 산모가 고령일 경우 발생빈도가 높다고 합니다. 다운 증후군의 특징은 무엇보다도 지적장애를 동반한다는 점일 것입니다.

그런데 다운 증후군 환자의 지적 장애를 일으키는 유전자가 있다고 합니다. 염색체 21번에 자리한 이 유전자는 DSCR1(Down syndrome critical region 1)이라고 일컫습니다.

이 유전자는 대뇌의 새로운 겉질(신피질)의 신경세포 분화에 영향을 준다고 하는데요, 대뇌의 겉질은 기억과 집중, 사고, 언어, 각성 및 의식 등의 기능과 관련이 있다고 하지요. 그러니 DSCR1이 신피질 형성에 영향을 끼쳤다면 동물의 능력 가운데 어떤 부분들이 그 영향을 받았을지 짐작할 수 있을 겁니다.

점점 복잡해지는데요, 뇌를 이루는 신경세포의 분화, 즉 새로운 뇌 세포는 '뇌실하대'와 해마의 '치상회'라는 특정 부분에서만 이루어진다고 합니다. 뇌실은 뇌 중심부의 비어 있는 공간을 말합니다. 하대는 영문 단어에서 'sub'로 표기하는 것으로 보아 아랫부분 정도로 이해하면 될 것 같습니다. 해마는 측두엽, 그러니까 관자놀이 부근의 뇌 부위 안쪽에 있습니다. 바다에 사는 해마를 꼭 닮았습니다.

평생에 걸쳐 뇌에서는 새로운 신경세포가 끊임없이 만들어집니다. 죽음 직전까지 동물은 경험을 하며 새로운 것을 익히기 때문일 것입니다. 이걸 성체 신경발생(adult neurogenesis)이라고 한다는군요.

다운 증후군 환자가 지적장애를 겪는 것은 성체 신경발생에 문제가 있기 때문이라고 합니다. 그리고 이 문제는 DSCR1이라는 유전자의 발현 때문이고요. 다운증후군에서 DSCR1은 1.5배 더 많이 발현된다고 합니다.

이번 연구는 바로 해마 영역에서 이루어지는 성체 신경발생에 DSCR1이 어떤 식으로 관여하는지 그 원리를 밝힌 것입니다. 더 나아가, 유전자의 발현을 조절하는 물질(후성 유전학적)의 작동 원리를 분자 생물학 수준에서 규명하는 성과를 냈다고 합니다.

연구진은 다운 증후군 쥐 모델(Ts65Dn)에서 DSCR1 유전자의 숫자를 정상적인 수준으로 복원했고, 그러자 해마에서 성체 신경발생이 회복되는 걸 관찰했습니다. 그리고 이후 쥐님의 학습과 기억 능력 또한 회복되었다고 합니다.

해마 성체 신경발생의 문제는 다운증후군뿐만 아니라, 신경 퇴행성 질병인 알츠하이머병, 파킨슨병을 비롯하여 신경 발달 질병인 조현병 등에서 두루 확인되고 있다고 합니다. 그러니 이번 연구는 다운증후군과 더불어 여러 신경장애 질병의 치료에도 청신호가 아닐 수 없습니다.

이 연구는 한국연구재단 리더연구자 지원사업(창의적 연구)의 지원을 받았다고 합니다. 연구 결과는 분자생물학 분야의 세계적인 학술지 ‘엠보 저널(The EMBO Journal)’에 6월 11일자에 게재됐습니다.

 

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