성균관대학교(총장 유지범)는 삼성융합의과학원·삼성서울병원 원홍희 교수 연구팀(제1저자 장범진)이 미국 마운트시나이 아이칸 의과대학 타우피크 라즈 교수 연구팀과 공동으로 단일세포 수준에서 유전 변이가 뇌 질환에 영향을 미치는 메커니즘을 규명했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 제네틱스’에 게재됐다.

그동안 과학계는 전장 유전체 연관성 분석을 통해 질병과 연관된 유전 변이를 찾아내 왔다. 그러나 이러한 변이가 어떤 유전자를 통해, 그리고 우리 몸속의 어떤 세포에서 작용하는지는 명확히 밝혀지지 않았다. 기존 연구가 여러 세포가 섞인 조직 전체 평균값을 분석하는 방식에 의존했기 때문이다.

연구팀은 1047개 뇌 조직 샘플의 단일세포 전사체와 유전체 데이터를 통합 분석하는 체계를 구축했다. 이를 통해 유전자 발현을 조절하는 유전 변이를 세포 단위에서 정밀 분석한 결과, 기존 방식보다 3배에서 최대 10배에 이르는 세포 유형별 유전 조절 신호를 새롭게 규명했다.

특히 동일한 유전 변이라도 세포의 종류에 따라 역할이 달라진다는 점을 확인했다. 뇌 질환과 연관된 유전 변이는 면역세포와 신경세포에서 집중적으로 작용하는 것으로 나타났다. 또 질환에 따라 특정 세포가 서로 다른 기능적 결과를 유도한다는 사실도 확인됐다.

연구팀은 후성유전체 데이터를 활용해 유전 변이가 실제 유전자 발현 변화로 이어지는 과정도 분석했다. 이를 바탕으로 질환 간 공통 유전자 네트워크를 도출하고, 서로 다른 질병 간 유전적 연관성도 규명했다.

원홍희 교수는 “유전 변이가 실제 어떤 세포에서 작용하는지를 직접 규명해 뇌 질환 연구의 정밀도를 높였다”며 “단일세포 기반 유전체 분석은 향후 특정 세포를 표적으로 하는 치료 전략 수립에 중요한 근거가 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원을 받아 수행됐다. 연구팀이 구축한 단일세포 유전자 발현 조절 변이 데이터는 향후 뇌 질환 연구에 활용될 예정이다.