인간 유전자 지도 뒤집혔다…서로 다른 유전자 결합해 새 단백질 생성

인간 유전자 지도가 뒤집혔다. 서로 다른 유전자가 결합해 지금까지 알려지지 않은 기능성 단백질을 만든다는 사실이 처음 확인됐다.

미국 하버드 의대 연구진은 서로 다른 유전자, 심지어 다른 염색체에 있는 유전자의 지시 정보가 합쳐져 '키메라 mRNA'를 만들고 이것이 새로운 단백질을 생산한다는 연구 결과를 2일(현지시간) 국제학술지 네이처에 발표했다.

인간의 약 2만개 유전자는 각각 한 종류의 단백질 정보를 담는 것으로 알려져 왔다. 연구진은 직접 RNA 염기서열 분석 기술로 포유류 세포에서 한 번 이상 관찰된 키메라 mRNA 3만개 이상을 확보해 '다크 게놈' 라이브러리를 구축했다.

수석저자인 루어드리 잭슨 하버드 의대 면역학 조교수는 "아무도 이들의 존재를 모른다. 의학계도, 제약업계도 모른다"며 "알려진 게놈과 프로테옴을 극적으로 확장할 수 있는 완전히 새로운 유전자 조절 시스템을 발견했다"고 말했다.

연구진은 키메라 mRNA가 실제 생물학적 기능을 하는지 확인하기 위해 쥐에서 발견된 GSDMD와 TMEM106A 유전자의 결합 단백질을 조사했다. GSDMD 단독 단백질은 면역세포가 터지며 염증 반응을 일으키는 파이롭토시스 과정에서 세포막을 여는 역할을 한다.

키메라 단백질 생산만 차단한 쥐는 정상 쥐보다 면역 반응이 느렸고 살모넬라균 감염에 제대로 대응하지 못했다. 잭슨 조교수는 "정상 GSDMD가 그대로 있는데도 키메라 단백질이 없으면 면역 과정의 약 50%가 줄었다"고 설명했다.

패혈증을 유발하는 내독소 실험에서는 키메라 단백질이 없는 쥐의 70%가 치사량에서도 생존했다. 반대로 제약사 모더나와 함께 키메라 단백질 생산을 높인 쥐는 약한 내독소 용량에도 생존하지 못했다.

다만 키메라 단백질은 GSDMD 없이는 세포막을 열지 못하는 것으로 나타났다. 연구진은 이 단백질이 파이롭토시스 속도를 크게 높이지만 단독으로는 작동하지 않는다고 분석했다.

공동 제1저자인 해리 케인 연구원은 "GSDMD-TMEM106A가 실제 단백질일 뿐 아니라 기능까지 한다는 점이 매우 흥미로웠다"고 말했다.

연구진은 키메라 mRNA가 암과 염증성 질환, 신경퇴행성 질환에 관여하는 사례를 조사하고 있다. 잭슨 조교수는 "현재 치료가 불가능한 질환에서 작동하는 키메라 mRNA를 찾고 싶다"며 "의학과 제약, 생의학이 완전히 놓친 새로운 요소를 발견할 수 있을 것"이라고 말했다.