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위유전자, 자연선택에 영향 받는다

   강민경 기자   2018-04-03 16:02
(출처=플리커)

모스크바주립대학 생명공학 및 생물정보학부 연구진이 자연선택이 위유전자에 영향을 미친다는 사실을 밝히면서 우리가 유전자에 대해 모르고 있던 내용이 드러났다. 위유전자란 어느 시점부터 단백질을 코딩할 수 없게 된, 쉽게 말해 유전자의 기능을 잃은 DNA 영역이다.

여태까지 우리는 유전자가 생체의 구성 단위인 빌딩블록이라는 사실을 알고 있었다. 그런데 과학자와 철학자들은 유전자가 생물학을 전체론적으로 이해하는 데 얼마나 관련이 있는지 끊임없이 의심해왔다. 100년이 지난 지금까지도 과학계는 유잔자가 무엇인지 보편적으로 정의할 수 없다. 연구진은 늘 인간의 특성을 유전자로 설명하고, 이것들을 서로 연관지으려고 노력했지만 매번 실패했다.

유전 질환 등의 문제에서도 일관성이 없었다. 엑세터대학 슈테판 뮐러-빌레 교수와 막스플랑크연구소의 한스-외르크 라인베르거는 유전자가 시간 변화에 따라 어떻게 사람들에게 이해됐는지를 분석하는 새로운 책을 저술했다. 이들은 책에서 기술이 어떻게 매우 짧은 시간 동안 적은 비용으로 전체 개놈을 서열화했는지에 집중했다. 또 생체 분자 시스템과 점진적인 진화 과정도 언급했다.

(출처=플리커)

이들은 "20세기 초 유전자에 관한 발견 중 가장 중요한 내용은 유전자가 작동하는 순서가 인간(또는 식물이나 동물)의 신체가 발달하는 순서를 반영하지 않는다는 것이었다. 하나의 유전자가 하나의 물리적 형질과 연결되는 것이 아니다. 여러 유전자가 여러 형질을 통제한다. 마찬가지로 단일 형질이 복잡한 상호 작용 네트워크를 형성하는 수백 개의 유전자에 의해 통제되기도 한다"고 전했다.

모스크바주립대학 연구진의 연구는 위유전자가 단백질을 코딩하는 과정에서 자연 선택이 어떤 역할을 하는지에 초점을 맞췄다. 단백질이 유기체의 적응과 생존에 덜 중요한 역할을 하는 시기가 있는데, 상황에 관계 없이, 유전자 코딩 과정에서 어떤 돌연변이가 일어나든, 특정 단백질이 갑자기 유기체의 기능에 밀접하게 관여하지 않는 것이다. 연구에 참여한 나데즈다 포타포바는 "과학자들은 이미 오래 전부터 유전자가 해가 되는 돌연변이, 즉 넌센스 돌연변이를 겪으면 일하는 것을 멈추고 위유전자로 변한다는 사실을 알고 있었다"고 설명했다.

그는 "이런 경우 부정적 선택(개체군에서 유해한 돌연변이를 제거하는 것)이 돌연변이에 적용되지 않으며 비유사 돌연변이(단백질의 한 아미노산을 다른 돌연변이로 대체하는 돌연변이)가 동의 돌연변이(아미노산이 대체되지 않는 돌연변이)와 비슷한 속도로 유전자에 축적되기 시작한다. 이전에는 이것을 본격적으로 직접 연구한 사례가 없었다. 이런 사례는 간접적으로 언급됐을 뿐이다"라고 덧붙였다.

인간 게놈은 53~100개의 기능하지 않는 대립 유전자로 이뤄져 있으며 그 대립 유전자 중 약 21~27개는 넌센스 돌연변이로 인해 기능하지 않는다. 넌센스 돌연변이는 유전자의 목적과 기능을 박탈하기 때문에 넌센스 돌연변이라는 이름을 얻었다. 이것은 코돈 발생을 제지하는 돌연변이이며, 단백질 합성 또한 멈춘다. 넌센스 돌연변이는 유전자 코드에서 전체 핵산 염기가 삽입, 대체 혹은 삭제되면 발생한다.

연구진은 노랑초파리에서 모은 잠비아 인구 게놈을 연구했다. 이들은 평균 35개의 넌센스 돌연변이를 가지고 있었다. 연구진은 단일 뉴클레오타이드의 대체로 인해 발생하는 넌센스 대립 형질에 초점을 맞췄다. 연구 결과 부정적 선택이 노랑초파리의 코딩 유전자에 영향을 미치지 않았으며 자연 선택은 최소한으로 나타났다. 연구진은 이것이 선택적이어맞추기와 관련이 있다고 생각한다. 선택적이어맞추기란 복제된 DNA의 비발현부위가 제거되고 발현부위끼리 이어지는 과정이다.

포타포바는 "우리는 노랑초파리의 게놈을 사용했다. 그 결과 우리는 넌센스 돌연변이가 단일 엑손 유전자(단백질 합성 과정에서 인트론을 포함하지 않는 유전자)를 없애고, 동의 돌연변의와 비유사 돌연변이를 모두 축적한다는 사실을 알게됐다. 다중 엑손 유전자(여러 개의 인트론을 가진 유전자)에서는 돌연변이가 있는 엑손만 제외되고, 나머지는 부정적 선택의 영향을 받고 남아있지만 약간 약해진다"고 설명했다.

[researchpaper 리서치페이퍼=강민경 기자]