[디지털머니=김정태 기자] 국내 연구진이 치매모델의 특정 유전자에 숨겨진 새로운 변이체를 처음으로 확인했다.

뇌 연구와 인공지능(AI)을 접목해 뇌 질환 치료, 진단에 대한 새로운 가능성을 열었다는 평가를 받는다. 알츠하이머 질환 이외 다양한 뇌 질환에서도 응용될 것으로 기대된다.

■ 유전자 숨겨진 변이체 첫 보고, 뇌질환 진단·예방에 활용 기대

한국뇌연구원(KBRI)은 주재열 박사 연구팀이 변이체-인공지능(Splice-AI)를 이용해 치매 모델의 특정 유전자에서 숨겨진 새로운 변이체 최초로 발견했다고 21일 밝혔다.

이번 연구성과는 세계적 수준의 국제 학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 게재됐다. 게재된 논문명은 'Prediction of Alzheimer’s disease-specific phospholipase c gamma-1 SNV by deep learning-based approach for high-throughput screening'이다. 공동 제1저자는 김성현, 양수민, 임기환 연구원이며 교신저자는 주재열 선임연구원이다.

스플라이스 변이체(alternative splicing)는 유전자의 발현을 조절할 뿐만 아니라 다양한 표현형에 영향을 준다. 특히 RNA 가공작업 중 하나인 RNA 이어 맞추기(스플라이싱)은 다양한 염기의 변화에 의해 영향을 받으며 특히 퇴행성 뇌질환에서 다양하게 발견되고 있다. 스플라이싱은 유전자 정보를 매개로 유전자 발현을 조절하는 RNA 가공방법 중 하나다.

이에 연구팀은 인간 전사체의 숨겨진 스플라이싱의 다양한 현상을 딥러닝 기반 변이체-인공지능(Splice-AI)을 통해 치매모델에 적용했다. 딥러닝을 통해 신호 전달 기작의 핵심요소인 인간 PLCr1 유전자에서 14곳에 숨겨진 스플라이싱 변이체들 위치를 예측했다. PLCr1(phospholipase c gamma-1)은 세포 신호 전달과정에 관여하는 필수적인 매개 단백질로 인간의 세포 성장 및 사멸 등에 관여한다.

특히 이번 연구에서 인간과 동일한 마우스의 PLCr1 유전자 위치에서 변이체가 나타남을 확인했다. 참고로 인간의 PLCr1 유전자 26번째 엑손(exon)은 마우스의 동일 유전자 27번째 엑손과 아미노산 서열이 100%일치한다. 엑손은 단백질 합성 정보를 가지고 있는 유전자의 한 부분이다.

■ 뇌질환 및 다양한 질환 응용 등 새로운 진단 및 치료 정보 제공

또한 알츠하이머 모델 마우스의 뇌속의 PLCr1 유전자의 27번째 엑손에 1개의 염기가 비정상적으로 삽입이 되면서 비정상적인 RNA 가공 현상을 확인했다. 이때 염기서열의 변화가 단백질의 아미노산 변화를 유발하게 된다. 즉, 인체의 항상성을 유지에 필요한 단백질이 변화되는 것으로 이러한 변이체는 치매 특이적 현상이라는 사실을 최초로 밝혀냈다.

이번 연구는 인간 유전자 데이터를 기반으로 Splice-AI를 적용해 아직 밝혀지지 않은 스플라이싱 변이체의 유발 가능성을 수치화 하고, 이를 통해 얻은 분석 정보를 동물 질환 모델에서 적용 가능함을 밝힌 것에 큰 의의가 있다.

주재열 박사는 “최근 변종 코로나19 바이러스도 염기의 변화를 통해 전염력이 증가된다는 연구가 보고되고 있다”라며 “4차 산업혁명 시대의 핵심 기술인 인공지능과 뇌연구를 접목해 치매 질환 뿐만 아니라 뇌질환 및 다양한 질환 응용 등 새로운 진단 및 치료 전략에 중요한 정보를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 한국뇌연구원 기관고유사업, 한국연구재단 이공분야기초연구사업과제의 도움으로 수행됐다.

디지털머니 김정태 기자 victoria3803@naver.com 김정태 기자의 기사 더보기

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