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고래상어 게놈 해독 장수 비밀 풀리나

가장 큰‘물고기’ 고래상어 게놈 해독 장수 비밀 풀리나

UNIST·국내·외 공동연구진, 한국 근해서 잡힌 고래상어 표준 게놈 구축

생물 노화 및 진화 관련 실마리 제공…美 국립과학원회보[PNAS] 논문 게재 

Unist 박종화 교수

고래상어는 세상에서 가장 큰 어류로, 20미터의 길이와 42톤의 무게를 가지고 약 100살 정도의 수명을 가지고 있는 것으로 보고되어 있다. 일반적으로 몸집이 큰 생물체는 열 손실을 최소화할 수 있고 수명이 길다. 고래상어의 게놈(genome)을 비교 분석한 이번 연구는 긴 수명에 대한 이해의 단서를 제공을 한다.

세상에서 가장 큰 어류인 고래상어의 게놈(유전체, GENOME) 연구 결과가 공개되었다. 이번에 공개된 고래상어 게놈분석 정보는 인간의 노화나 진화의 비밀을 푸는 실마리가 될 전망이다.

UNIST(울산과학기술원) 게놈산업기술센터(KOGIC)는 하버드 대학교, 서울대학교, 제주대학교, ㈜ 클리노믹스 등과 공동 연구를 통해 멸종위기 종인 고래상어의 유전체 정보(게놈)를 해독, 조립, 분석한 결과를 세계적인 학술지인 미국국립과학원회보(PNAS)에 발표했다. 분석 결과 유전자의 길이와 수명간 상관관계가 있는 것으로 드러났다. 연구팀은 한국 아쿠아 플라넷 제주에서 제공한 고래상어 샘플로부터 완성한 고래상어 표준 게놈을 84개 생물의 전장 게놈(whole genome)정보과 대조해 고래상어의 ‘인트론’의 길이가 다른 생물체에 비해 긴 것을 확인했다. 인트론은 유전자 중 단백질 합성에 관여하지 않는 부분인데, 수명과 연관있는 기초대사량(Basal Metabolic Rate, BMR)과 관련이 있다.

고래상어는 평균 길이는 20m, 무게 42톤에 이른다. 또 수명도 길다. 가장 오래 산 고래상어의 경우 수명이 약 100년에 이른다. 일반적으로 몸집이 큰 생물체는 열 손실을 최소화 할 수 있어 수명이 길다고 알려져 있지만, 고래상어의 정확한 장수 원인은 밝혀지지 않았었다.

고래상어를 포함한 85 생물 종 비교 연구를 통한 다양한 상호 연관관계 분석

UNIST 게놈산업기술센터 연구팀은 고래상어의 표준게놈을 구축하고 이를 84개 생물체의 게놈과 대조해 고래상어가 상대적으로 긴 ‘인트론’(Intron)을 갖고 있는 것을 밝혀냈다. 고래상어는 다른 생물체보다 염기서열이 반복되는 형태가 많았다. 무작위한 서열이 아닌 규칙성이 있는 반복서열이 인트론 부위에서 많이 발견됐는데, 이는 인트론 부위가 또 다른 기능을 가질 수 있다는 걸 의미한다. 연구팀은 인트론의 새로운 기능 중 일부가 노화와 관련 있는 것으로 보고 있다.

제1저자인 박승구 UNIST 박사는 “고래상어 유전자에는 그 기능이 명확하지 않은 ‘CR-1’, ‘Penelope’와 같은 반복서열이 다른 생물 종들과 비교했을 때 확연히 많았다”며 “아직 밝혀지지 않은 인트론의 기능 중 노화에 영향을 미치는 기능이 있을 것으로 예상한다”고 설명했다.

연구팀은 몸집(생물체 무게), 기초대사량, 게놈 크기 등 수명과 관련 있는 것으로 알려진 요인과 고래상어의 게놈 특성과 연관된 각종 요소를 84종의 생명체와 비교 분석해 이러한 결과를 얻었다. 그 과정에서 고래상어의 표준 게놈도 구축했다. 게놈 해독을 통해 얻은 수십억 개의 짧은 단위의 염기서열을 새롭게 조립(선도 조립, de novo assembly)해 32억개 염기쌍을 가지는 고래상어 표준 게놈 지도를 구축했다.

인트론내에 존재하는 반복서열 들에 대한 생물종 함량비

또한 연구진은 고래상어의 신경관련 유전자들이 긴 인트론을 갖는다는 사실을 최초로 밝혀냈다. 이번 연구를 통해 고래상어의 신경연결성(Neural connectivity) 기능을 갖는 유전자의 길이가 다른 유전자 길이보다 길다는 사실도 증명한 것이다. 신경 관련 유전자는 생물진화에서 매우 중요한 역할을 하며 보통 신경관련 유전자들은 길이가 길수록 유전자가 잘 발현되며, 발현 조절이 잘 된다.

박종화 교수는 “이번 고래상어 게놈 분석 결과는 고래상어 진화 연구를 넘어 인간을 포함하는 다양한 생물종 노화연구에 매우 중요한 연구가 될 수 있다”고 평가했다.

이번 연구는 美 하버드 대학교 조지 처지( George M. Church) 교수, 뉴멕시코 대학교 제레미 에드워드(Jeremy S. Edwards) 교수가 교신저자로 참여 했다.

 

◇연구내용

연구팀은 몸집(생물체 무게), 기초대사량, 게놈 크기 등 수명에 관련 있는 것으로 보고된 요인들과 게놈 특성을 보여주는 다양한 요소들을 분석했다. 이를 위해 먼저 게놈 해독기를 통해 수십억 개의 DNA 염기서열2)을 생산했다. 이렇게 생산된 짧은 염기 서열을 선도 조립(de novo assembly)(짧은 염기서열을 다시 조립하는 과정)하여 32억개 염기쌍을 가지는 고래상어 표준 게놈 지도를 구축하였다. 이 표준게놈 지도로부터 28,483개 단백질들을 만드는 유전자(gene)3) 정보를 예측하여 분석에 사용하였다.

고래상어는 게놈 중에서 특히 반복서열이 많았다. 이런 반복서열의 기능이 무엇인지는 매우 중요한 연구이다. 특히, 길이가 긴 인트론(intron)이라는 부위로부터 단순 무작위 서열이 아닌 특별한 기능을 담고 있을 것으로 예상되는 반복서열들이 많이 발견 됐다. 특히 고래상어 게놈에서 반복서열 중 아직 그 기능이 명확하지 않은 CR-1, Penelope 유사 라인 반복서열이 다른 생물종들과 비교하였을 때 확연히 많이 존재하는 것을 밝혀냈다.

단순히 의미가 없는 서열이 아닌 특정 반복패턴을 보이는 서열이 인트론에 존재한다는 것은 아직 밝혀지지 않은 새로운 인트론 기능들이 있는 것으로 추정된다. 이러한 기능들 중 노화에 영향을 미치는 것이 있을 것으로도 기대 된다.

또한 이번 연구에서는 신경관련 유전자에 대한 심도 있는 분석을 진행했다. 신경관련 유전자는 생물진화에서 매우 중요하다. 연구팀은 신경관련 유전자들이 다른 유전자들보다 길이가 더 길다는 것도 증명하였다. 보통 신경관련 유전자들은 길이가 길수록 유전자의 발현이 잘 되고 전사5) 및 외유전체적(epigenomic) 조절6)이 잘 이루어진다. 고래상어 게놈에서도 역시 신경연결성(Neural connectivity) 기능7)을 가지는 유전자들이 긴 인트론을 가진다는 것을 연구진이 최초로 밝혔다.

◇기대효과

고래상어 게놈에서 다른 종보다 더 긴 인트론을 가지는 것은 기초대사량과 관련이 있기 때문에 인트론 총길이가 긴 수명의 핵심 될 수 있을 것이다. 또한 진화연구에 초석이 되는 신경관련 유전자를 분석함으로써 이번 연구 결과는 고래상어 진화 연구와 인간을 포함한 다양한 생물종 노화연구에 매우 중요한 연구가 단서가 될 수 있을 것이다.

UNIST 홍보실 제공

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