사람과 침팬지, 유전자로는 1.6% 차이지만


최근 연구결과에 의하면 인간과 침팬지 사이의 진화 차이는 두뇌 전뇌신경전구세포(forebrain neural progenitor cell, fbNPC)가 발현되는 비암호 유전자 영역의 진화적 변이에 있었다고 한다.

해당 연구논문은 DNA 내 cis 구조(소위 정크junk라고 했던 것)가 전뇌 발달 요소인 ZNF558(전사조절 단백질)에 영향을 준다는 결과를 보여주는데, 이 결과는 인간 및 영장류 연구에서 의미가 크다.

(Johansson et al. 2021)
Pia A. Johansson, Per Ludvik Bratta˚ s, Christopher H. Douse, ..., Didier Trono, Evan E. Eichler, Johan Jakobsson 2022, "A cis-acting structural variation at the ZNF558 locus controls a gene regulatory network in human brain development" Cell Stem Cell 29, 1–18

** 이 논문의 방법론은 진화역사의 시간과 현 분자구조의 공간을 연결하고자 하는 데 있다.

(구체적으로는) 유도만능줄기세포iPSC : 인간과 침팬지의 유전적 차이를 실험하는 방법으로 생체연구는 윤리적으로 부적절하다. 이 연구실험은 살아있는 침팬지 생체실험이 아닌 유도만능줄기세포iPSC 를 이용한다.

먼저 침팬지와 인간유도만능줄기세포(iPSC)의 분화를 통해 확립된 전뇌신경전구세포(forebrain neural progenitor cell, fbNPC)의 세포배양 실험을 진행했다. 그들의 분화 프로토콜이 재현 가능하고 비교 분석에 적합한 인간 및 침팬지 fbNPC의 시간 및 특성 일치, 균질 배양을 생성한다는 것을 보여주기 위해 면역세포화학 및 전사체 분석을 수행한다.

즉 살아있는 침팬지 생체실험이 아닌 유도만능줄기세포iPSC 를 이용하여, 세포배양된 VNTR 염기서열에 크리스퍼CRISPRi 조작을 통해 ZNF558 발현을 막을 수 있다. 이렇게 ZNF558 미발현 상태를 실험실에서 만들때 전뇌신경전구세포(forebrain neural progenitor cell, fbNPC)의 세포배양 활성화가 안 된다는 사실을 실험으로 확인했다.

** 이 논문의 내용을 요약정리하면 아래와 같다.


(1) 잘 알려져 있듯이 2% 정도의 유전자의 암호화 영역이 인간과 침팬지 유전자 차이이다.
chimpanzee's forebrain
(2) 비암호화 영역의 DNA (정크라고 이름붙여진것) 에서 전뇌 신경세포 내 (침팬지에서 발현되지 않지만) 인간에게만 발현되는 전사조절 단백질 ZNF558은 세포 내 미토콘드리아 항상성homeostasis 유지와 (전)뇌발달에 중요한 역할을 한다.

(3) ZNF558 발현 여부는 그동안 정크로 여겨졌던 DNA 내 비암호화 영역 VNTR 이라는 염기서열 구조에 기인한다.

(4) 크리스퍼 기술을 통해 VNTR 이라는 염기서열의 길이를 조절한다.(길이를 짧게 잘라준다는 뜻이다)

(5) VNTR 이라는 염기서열의 길이는 침팬지에서 인간으로 진화하면서 거의 반으로 줄어들었다.

(6) 이 연구팀은 크리스퍼 기술을 통해 인위적으로 VNTR 이라는 반복적으로 나타나는 염기서열의 길이를 침팬지처럼 늘려주었다.

(7)침팬지 같은 염기서열의 VNTR 구조에서는 ZNF558 발현이 되지 않음을 확인했다.


** 그리고 연구결과의 의미는 다음과 같다.

이 결과는 침팬지의 전뇌신경전구세포가 인간처럼 발달되지 않았다는 진화적 사실을 추론하게 해준다. 혹은 인간은 침팬지에 없는 확장된 전뇌 발달을 이해하게 해준다.
chimpanzee's brain development
나아가 이 연구결과의 중요한 의미는 침과 인간 사이의 2% 수준에 지나지 않는 암호화된 염기서열 차이만이 아니라 비암호화 영역인 cis 염기구조(cis-acting structural variation)가 매우 중요하다는 것을 보여준 데 있다.

<개인적 평가>

개인적으로 2021년에 읽은 것 중에서 가장 의미있게 여겨졌다.

진화론과 분자연구가 만나는 연구결과가 대중에게도 이해될 수 있기 때문이며

둘째 이유로는 철학에서 볼 때 특히 존재론적 의미를 강하게 보여주기 때문이다.

(2021년12월 20일 필로나투)

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