‘선천성 척추이분증’ 발생 원인, 세계 최초로 규명

과학기술정보통신부(장관 유상임, 이하 과기정통부)는 연세대학교 연구팀이 세계 최초로 ‘척추이분증’의 원인을 유전적으로 규명했다고 밝혔다. 

과기정통부 기초연구사업(중견연구)의 지원을 통해 수행된 이번 연구는 국제 학술지 <네이처(Nature)>에 금일(27일) 게재됐다. (현지시간 기준 3월 26일 16시) 논문명은 “수막척수탈출증에서의 새로운 코딩 돌연변이의 기여(The contribution of de novo coding mutations in Meningomyelocele)”다.

3,000명 중 1명 꼴로 발생

‘척추이분증(Spina bifida)’은 임신 중 태아의 신경관(neural tube)이 완전히 닫히지 않음으로써 발생하는 선천적 질환이다. 증상의 정도는 다양하게 나타나며, 심하지 않은 경우는 별다른 증상을 보이지 않을 수도 있다. 하지만 증상이 심한 경우 태어날 때부터 척수 수막류가 나타나 신경조직이 노출될 수 있다. 이 경우 보행장애, 감각 이상 등 심각한 증상을 동반하게 된다.

척추이분증은 신생아 3,000명 중 1명 꼴로 꽤 높은 발생률을 보이는 선천성 결함이다. 발생률이 높은 만큼 그간 연구자들은 척추이분증을 가진 환자들이 어떤 특정한 유전자 돌연변이를 가지고 있고, 그로 인해 신생아 발병에 영향을 줄 것이라 추측해왔다.

척추이분증은 다른 유전 질환과 달리 핵심 유전자를 찾는 일이 오랫동안 난제로 남아 있었다. 동물 실험을 통해 몇몇 유전자가 밝혀지기도 했지만, 해당 유전자는 인간에게서 발견되지 않았다. 게다가 여러 요인이나 기전이 작용해 발생하는 복합 질환(Complex disease)의 특성상, 일반적인 접근 방법으로는 해결이 어렵다. 예방법이라 해도 임산부의 엽산 섭취 외에는 특별한 방법이 사실상 없었다.

직접 원인이 되는 유전자 돌연변이 확인

연세대 의생명시스템정보학교실 김상우 교수 연구팀은 ‘부모로부터 유전되지 않고, 자식에게서만 새롭게 나타나는 드노보 돌연변이(De novo mutation)’에 초점을 뒀다. 김 교수 연구팀은 미국 캘리포니아 대학의 연구팀과 협력을 타진했다. 미국 연구팀은 대규모 환자 모집 역량으로, 김상우 교수 연구팀은 DNA 분석 역량으로 협업한 것이다.

연구팀은 전 세계 851명의 척추이분증 환자와 그 가족 2,451명을 대상으로 유전자 분석을 실시하여 드노보 돌연변이를 정확하게 검출해냈다. 이를 분석한 결과, 환자의 약 22.3%에서 유전자 손상 가능성이 높은 돌연변이가 확인됐으며, 이중 28%가 신경관 결손 발생에 직접적인 영향을 미칠 것으로 평가됐다.

최종 분석 결과 연구팀은 187개의 질병 관련 유전자를 확인했으며, 이로써 척추이분증이 단일 유전자가 아닌 수백 개의 유전자의 밀접한 상호 영향으로 발생한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 이 유전자들이 생물학적으로 어떤 기능을 하는지에 주목해 연구를 이어나갔다.

최종 결과, 연구팀은 척추이분증의 직접적 원인이 되는 유전자 돌연변이 특성을 인간에게서 처음 확인했다. 주로 세포의 구조 유지, 신경세포 신호 전달, 염색질 변형과 관련된 기능을 하는 유전자에서 발생하는 돌연변이가 원인이었다. 연구팀은 동물 모델 실험을 통해 검출한 유전자 돌연변이 신경관 결손 과정에 어떤 영향을 미치는지도 확인했다.

다양한 복합질환 발생 기전에도 적용

연구팀은 이번 연구를 통해 신경관 결손 질환에서 부모에게는 없지만 자식에게만 존재하는 ‘드노보 돌연변이’가 중요한 역할을 한다는 점을 입증했다는 데 의의가 있다고 전했다. 또한, 이 연구 결과는 신경계에 발생하는 선천성 기형의 원인을 규명했을 뿐만 아니라, 향후 질병 예측 모델 개발에도 활용될 수 있다. 

김상우 교수는 “이번 연구성과는 향후 진단 기술 개발에 중요한 단서를 제공할 것”이라며, “신경관 결손 질환에 대한 예방법 개발뿐 아니라, 자폐증과 같이 유전적 돌연변이와 환경적 요인이 함께 작용하는 복합질환 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.