한국생명공학연구원, 한국인 유전체 기반 'DNA 대규모 구조 변이 형성 원리' 규명

고품질의 한국인 유전체 지도는 희귀질환 연구 등 한국인의 건강 증진 등에 널리 활용될 것으로 기대

인간 DNA 해독 기술은 긴 DNA 서열을 한 번에 읽어낼 수 있는 기술인 롱리드 시퀀싱(Long-read Sequencing)의 발전으로 미지의 영역으로 알려진 인간 유전체의 약 8%에 해당하는 복잡한 영역까지 해독할 수 있는 길이 열였다.

한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 국가생명연구자원정보센터 김선영 박사 연구팀은 아주대학교 박지환 교수 연구팀, 충남대학교 김준, 여민경 교수 연구팀과 함께 한국인 고유의 유전체 데이터를 생산하고 활용해 그동안 미지의 영역에 가까운 인간 유전체 진화와 관련된 구조 변이 연구결과를 최근 발표했다.

이번 연구성과는 인간 유전체 진화 원리에 대한 새로운 사실들을 밝혀낸 것으로 염색체의 가장 끝 부분을 보호하는 구조물인 텔로미어 영역에서 DNA의 대규모 구조 변이 형성에 대한 원리를 규명했다.

또한 이번 연구를 통해 생산한 고품질의 한국인 유전체 지도는 향후 희귀질환 연구를 비롯한 다양한 연구 분야에 널리 활용되며 한국인의 건강을 증진시키는 데 널리 활용될 것으로 기대되고 있다.

연구팀은 먼저 한국인 3명의 유전체 데이터를 유전체 초안지도 작성(드노보 어셈블리) 방법으로 조립하여 한 사람당 어머니 쪽의 핏줄 계통과 아버지 쪽의 핏줄 계통의 유전체 지도 2개씩, 총 6개의 고품질 유전체 지도를 완성하고 한국인에서 공통으로 발견되는 다수의 구조 변이들을 발굴했다.

연구진은 완성된 유전체 지도에서 기존에 확인이 어려웠던 돌연변이를 검출하는 데 성공 하며, 염색체 끝에서 수천 개에서 수십만 개의 DNA가 손상되고 복구하는 반복과정에서 형성된 구조변이 19개가 포함되어 있다는 사실을 밝혀내었다.

총 19개의 돌연변이 중에서 8개는 한국인 3명 중 2명에서 확인되었는데 이는 인류의 공통조상에서 이미 발생한 유전변이 정보가 마치 화석처럼 한국인의 DNA에 남아있음을 보여주는 것이다.

거대한 돌연변이가 인근에 남긴 흔적을 바탕으로 세포 내 존재하는 다양한 DNA 복구방식 중에서 어떤 방식이 각각의 거대 돌연변이를 형성해낸 것인지 그 진화 과정을 역으로 추정해 그 복구 과정을 재구성하는데도 성공했다.

제1저자인 생명연 조수복 박사는 “이번 연구를 통해 고품질 인간 유전체 서열 정보를 활용하여 한국인 고유의 유전적 특성을 이해하는 데 한 걸음 더 나아갔다”면서 “최근 출범하여 수행 중인 ‘국가 통합 바이오 빅데이터 구축 사업’은 대규모 한국인 유전체 정보의 체계적 구축은 물론 향후 전 세계 유전체 연구와 정밀의료 분야에서 대한민국의 경쟁력을 강화하는 든든한 초석이 될 것이라 확신한다”며 포부를 밝혔다.

한편 이번 연구는 유전체 분야의 세계적인 저널인 Nucleic Acids Research(IF=16.7, JCR 1.8%) 1월 8일 게재됐다.(논문명 : Highly Accurate Korean Draft Genomes Reveal Structural Variation Highlighting Human Telomere Evolution / 교신 저자 : 김선영 박사, 여민경 교수, 박지환 교수 / 제1저자 : 김준 교수, 박종열 박사, 양진옥 박사, 김상옥 박사, 조수복 박사) 

또한 범부처(과기정통부, 복지부, 산업부, 질병관리청) 사업인 국가 바이오 빅데이터 구축 시범사업 및 국가 통합 바이오 빅데이터 구축 사업과 산업부 시스템 산업거점기관 지원사업 및 과기정통부 기초연구사업의 지원으로 수행됐다.