정자 속에 담긴 `비만유전`의 비밀

정자 속에 담긴 `비만유전`의 비밀

고지방 식사하면 tRNA 증가…당뇨병 위험도 높아져
염기서열 바꾸지 않고도 후손에게 전달돼
후성유전학 메커니즘 분자관점에서 첫 발견

 

출처: 매일경제(2016.02.22)

"바보야, 문제는 정자야."

비만 유전의 비밀이 아빠의 정자에 담겨 있는 것으로 나타났다. 아빠의 식습관이 정자에 그대로 기록돼 이것이 아이에게 유전될 수 있다는 연구 결과가 잇따라 발표되고 있는 것이다.

올리버 랜도 미국 매사추세츠의대 생화학과 교수와 천치 중국과학원 줄기세포재생의학과 교수 연구진은 아빠의 고지방식 식습관이 정자에 영향을 미쳐 자녀의 당뇨병 위험을 높일 수 있다는 두 편의 연구논문을 지난달 세계적 과학저널 `사이언스`에 발표했다.

 

특히 이번 연구 결과는 DNA가 아닌 RNA도 유전에 영향을 미칠 수 있음을 확인한 결과로 `후성유전학` 발생 원리를 분자 수준에서 규명했다는 평가를 받고 있다.

2005년 마이클 스키너 미국 워싱턴주립대 교수는 임신한 쥐를 화학물질에 노출시켰을 때 태어난 수컷 새끼의 고환이 비정상적이고 정자도 허약할 수 있다고 발표했다. 유전물질인 DNA가 환경적 요인에 의해 발현 여부가 결정된다는 후성유전학의 태동을 알리는 논문이었다.

이후 많은 논문을 통해 유전자 염기서열이 바뀌지 않더라도 흡연이나 식습관으로 DNA 발현이 조절되고, 이것이 후세대에 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. DNA 특정 부위에 `메틸(메탄에서 수소 원자가 빠진 분자)`이 달라붙으면서 DNA가 RNA를 거쳐 단백질로 발현되는 것에 문제가 발생하거나 DNA가 엉켜 있는 타래 모양의 단백질(히스톤)이 변하면서 전혀 다른 형질이 나타날 수 있다는 것도 알아냈다. 김정애 한국생명공학연구원 후성유전체연구센터 선임연구원은 "DNA 메틸화와 히스톤 단백질의 변형이 지금까지 알려진 후성유전학의 메커니즘이었다"고 설명했다.

이후 아빠의 건강 상태가 정자에 `어떤` 변화를 일으켜 후대에 비만, 당뇨와 같은 질병을 일으킬 수 있다는 사실이 실험을 통해 밝혀지기 시작했다.

연구진은 지방을 많이 먹인 수컷 쥐와 정상적인 식사를 한 암컷 쥐 사이에서 태어난 새끼 쥐를 조사했더니 인슐린 저항성이 증가하고 혈당수치가 정상 쥐와 당뇨병 쥐 사이에 존재하는 `내당능장애`가 발생하는 것을 확인했다. 이런 일이 나타나는 원인은 수컷 쥐의 정자에 존재하는 tRNA(운반RNA) 조각 때문이었다. tRNA는 단백질이 합성될 때 `아미노산`을 운반해 주는 역할을 한다. 고지방식을 한 수컷의 정자에서는 tRNA 조각이 많이 발견됐으며 이를 제거하자 새끼 쥐에게서 나타났던 당뇨 증상도 사라졌다.

김 선임연구원은 "지금까지 실험을 통해 밝혀진 현상을 분자 수준에서 규명한 첫 연구"라며 "유전에 영향을 미치지 않을 것으로 여겨졌던 RNA가 후성유전학의 메커니즘으로 작동할 수 있음을 알아냈다"고 말했다.

 

쥐를 통한 연구지만 사람과 같은 포유류인 만큼 이 같은 일이 사람에게서도 나타날 개연성이 높다는 게 전문가들의 지적이다. 김용성 한국생명공학연구원 후성유전체연구센터장은 "과거 제2차 세계대전 당시 기근을 겪었던 네덜란드 사람을 대상으로 조사한 결과 이들의 자손이 영양분을 충분히 섭취했다 하더라도 3대까지 만성질환 빈도가 높게 나타나기도 했다"며 "후성유전학은 이미 사람에게서도 나타나고 있는 만큼 어떤 행동이, 어떤 결과로 나타나는지에 대한 많은 연구가 필요하다"고 덧붙였다.

현재 미국 일본 유럽연합(EU) 한국 독일 캐나다 이탈리아 등 7개국 연구진은 후성유전체 지도를 그리는 `국제인간후성유전체 컨소시엄`을 진행하고 있다. 김 센터장은 "후성유전학에 영향을 미치는 유전체를 파악해 나가고 있다"며 "인간의 생활 패턴과 유전자가 기능적으로 어떻게 연결돼 있는지를 파악하는 데 주력하고 있다"고 덧붙였다.