충남대학교 김철희 교수 연구팀 등 국제 공동 연구팀이 발달장애, 지적장애의 새로운 원인유전자를 찾아냈습니다. 해당 연구는 <Nature Communications>에 게재됐습니다.
빅테이터와 유전자가위 기술로 밝혀지는 질병의 원인들
자폐증을 비롯한 원인불명, 치료부재의 정신질환 연구는 세계적으로도 과학적인 접근이 어려운 분야였지만 최근 환자유전체 빅데이터 활용 및 유전자가위기술과 같은 생명과학기술의 혁명적인 발전으로 인해 이제서야 질병의 원인들이 조금씩 밝혀지고 있는 실정입니다.
유전자분석기술은 비용 면에서, 지난 20여 년간 100만배 이상의 발전을 거듭하고 있으며 특히 정신질환과 같은 희귀질환 환자들을 대상으로 한 세계적인 게놈 연구는 수 만 명, 수 십 만 명을 대상으로 하고 있습니다. 최근 환자유전체 빅데이터 활용 및 유전자가위 기술 등의 발전으로 활발한 연구가 이뤄지고 있습니다.
정신질환 발병의 원인이 되는 후보유전자들에 대한 검증을 위해서는 쉽고, 빠르고, 경제적인 모델동물이 필요하며 척추동물인 제브라피쉬가 첨단의 유전자가위와 접목해 질환모델링 연구가 가속화 되고 있습니다. 질병의 원인유전자 발굴은, 관련 질환의 분자진단기술 개발을 위한 바이오마커 제공 및 치료제 신약개발의 신규 분자표적을 제시하는 원천기술로서 최근 세계적 수준의 바이오산업화의 핵심이 되고 있습니다.
발달장애, 지적장애 원인 유전자 규명
X-염색체 연관 지적장애(XLID) 환자 연구는 미국 그린우드유전학센터의 슈왈츠 박사를 비롯한 국제 공동 연구로 시작했습니다. 해당 환자 가계는 1999년 처음으로 보고됐고 최근에서야 환자유전체 빅데이터의 활용이 가능해져서 후보유전자가 추정이 가능해졌습니다.
본 연구에서는 손쉬운 척추동물모델인 제브라피쉬 및 최첨단 유전자가위 기술을 적용해 분자기전까지 규명했으며이번 연구성과는 환자 보고에서부터 원인유전자 발견 및 검증까지 전체 25년간 연구노력의 산물입니다.
- X-염색체 연관 지적장애(XLID, X-linked Intellectual disability)
자폐증, 지적장애 등과 같은 정신질환이 여아에 비하여 남자아이들의 발병율이 5배나 많으며 이는 x-염색체에 존재하는 유전자들이 지적장애의 원인이 되는 경우가 많습니다.
자폐증의 주요원인이기도 한 발달장애, 지적장애를 동반하는 암필드 증후군(Armfield syndrome)은 4세대에 걸친 오랜 기간 동안의 가계도 분석, 유전자 지도 작성 및 환자유전체 빅데이터 분석을 통하여 최근에서야 질환 원인의 후보유전자로 FAM50A을 선정하게 됐습니다.
후보유전자(FAM50A)에 대한 생명과학적인 검증을 위해 유전자가위 기술을 이용한 녹아웃 제브라피쉬 질환모델동물의 확립 및 표현형 분석, 유전자 발현을 통한 환자변이체 생체기능분석, 추가적으로 전사체 분석(RNA seq), 단백체 등 총체적인 오믹스(omics) 분석을 했습니다. 그리고 FAM50A이 지적장애의 새로운 원인유전자임을 최종적으로 규명했습니다.
이번 연구는 발달장애, 지적장애의 새로운 원인유전자를 규명했다는 점에서 의미가 있습니다. 또한 RNA 스플라이싱 (splicing)에 관여하는 인자가 정신질환 발병의 원인이 될 수 있다는 스플라이세오솜병증(spliceosomopathy)이라는 새로운 원리 및 개념을 제시 하게 됐습니다.
발달장애, 지적장애 연구분야에서 새로운 돌파구를 제시할 수 있는 이번 연구성과는 단기적으로는 조기분자진단을 위한 바이오마커로서의 직접적인 활용이 가능하며 중장기적으로는 질환모델링을 통한 치료제 개발을 위한 원천기술로서 활용이 가능할 것으로 기대됩니다.
##참고자료##
