[양병찬 과학번역가] DNA 스위치 하나를 눌러 '여자만으로 이루어진 세상'을 만들 수 있다면 어떨까?

이런 공상과학 같은 비전은 당장 실현 가능한 것은 아니지만, 그런 스위치가 생쥐에서 실제로 발견되었다. 그 스위치는 배아에서 수컷의 신체부위 발생을 촉진하는 유전자 근처에 있다고 한다.

난소와 암컷 생식기를 가진 수컷 쥐.

이번 발견은, 남성염색체를 가진 아기들 중 일부가 여자아기로 태어나는 이유를 설명하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 또한 이 인핸서(enhancer)를 발견하는 데 사용된 획기적인 방법은, 언젠가 그와 유사한 DNA 스위치(즉, 다양한 질병의 열쇠)를 발견하는 데 사용될 수 있을 것으로 보인다.

"그것은 건초더미에서 바늘 하나를 찾아낸 것이나 마찬가지다. 그 스위치 혼자서 남자 만드는 일을 하는 것 같다."라고 호주 허드슨 의학연구소의 빈센트 할리(분자유전학)는 말했다. 

모든 인간 배아는 그냥 내버려 두면 여자가 될 것이다. 그러나 Y 염색체에 있는 SRY라는 유전자 하나가 초기 발생단계에서 변화를 일으켜, 고환, 페니스 등의 남성 형질을 형성한다.

암컷 생식기를 가진 수컷 쥐(왼쪽)와 암컷 쥐(오른쪽)

SRY 유전자는 간접적으로 Sox9라는 유전자의 스위치를 켜고, 이 유전자는 고환의 형성에 시동을 건다. 발생생물학자들은 오랫동안 하나 이상의 인핸서가 초기과정에서 Sox9의 스위치를 켠다는 사실을 알고 있었지만, 뭐가 가장 중요한지를 정확히 파악하지 못해 쩔쩔매 왔다.

유전체 전체를 통틀어 약 100만 개의 인핸서들이 거의 2만1000개의 유전자를 제어하는데(참고 1), 이 짧은 DNA 조각들은 유전자 밖에 존재하지만 유전자를 켜거나 끄는 단백질이 착륙하는 지점으로 사용된다.

Sox9의 인핸서는 200만 개의 염기에 산재해 있다. 그래서 영국 프랜시스 크릭 연구소의 로빈 러벨-배지(발생생물학)는 몇 가지 기법을 이용하여 그것을 찾아냈는데, 그중에는 '인핸서를 활성화하는 단백질들이 DNA에 달라붙는 장소'와 '접혔던 DNA가 약간 풀려 그 단백질들에게 길을 열어주는 장소'를 찾아내는 새로운 방법이 포함되어 있다.

그가 이끄는 연구진은 생쥐의 배아를 이용하여, 성(性)이 확립되기 직전과 직후에 그 DNA 신장부(stretch)를 찾아냈다.

성전환 수컷 쥐와 암컷 쥐

연구진은 1차적으로 16개의 후보자를 걸러낸 후, 다른 테스트를 이용하여 하나를 확정했다. 그것은 Enh13으로, 557개의 염기쌍(bp)으로 이루어져 있으며, 유전자 자체에서 약 50만 bp 떨어진 곳에 위치하고 있었다.

그렇게 멀리 떨어져 있는 인핸서는 표적 유전자를 켜기 위해, 염색체의 고리형성(looping)을 통해 유전자와 접촉한다. 연구진이 생쥐의 Enh13을 녹아웃시키자, Sox9의 활성이 감소하여 수컷으로의 전환이 이루어지지 않았다.

연구진은 이 연구결과를 지난 14일 사이언스지에 발표했다(참고 2). "획기적인 발견을 가능케 한 것은, 연구진이 사용한 놀라운 실험방법이다"라고 듀크 대학교의 블랑쉬 카펠(발생생물학)은 말했다.

"인간 아기의 경우, 5500명당 한 명 꼴로 성(gender)과 관련된 문제가 발생한다. 예컨대 어떤 아기들은 남성염색체가 있지만 고환이 없는데, 의사들이 그 원인을 알 수 있는 것은 절반 미만이다. 이제 의사들은 Enh13의 인간 버전이 파괴됐는지 여부를 체크할 수 있다."라고 카펠은 말했다.

할리는 원인불명의 성결정 문제(sex determination problem)를 갖고 있는 환자들의 유전체에서 이 인핸서의 이상 여부를 체크하고 있다.

"이번 발견은 인간에게 중요하지만, 인간에게도 중요할 것으로 보인다. 이번 발견을 이용하면, 생식샘의 기능을 이해하고 변화시킬 수도 있다"라고 러벨-배지는 말했다.

카펠은 인핸서 발견방법의 보다 광범위한 영향을 예상하고 있다. "연구진이 사용한 접근방법은 질병의 원인을 규명하는 데도 응용될 수 있다"라고 그는 말했다.

※ 참고

1. http://science.sciencemag.org/content/337/6099/1159
2. http://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aas9408

※ 출처: Science http://www.sciencemag.org/news/2018/06/little-piece-dna-makes-girls-boys

양병찬 과학번역가(https://www.facebook.com/OccucySesamelStreet)