인간 DNA로 더 큰 두뇌 만들기

 인간과 침팬치의 DNA는 사실 대부분 동일합니다. 인간과 침팬치를 가르는 것은 약간의 DNA 염기서열의 차이라고 할 수 있는데, 과학자들은 구체적으로 어떻게 이 작은 차이가 우리가 아는 것 같은 거대한 차이를 만들 수 있는지 연구를 진행하고 있습니다.

 듀크 대학의 데보라 실버(Debra Silver, an assistant professor of molecular genetics and microbiology in the Duke University Medical School)와 그녀의 동료들은 침팬치와 인간에 존재하는 HARE5 라는 유전자에 주목했습니다. 이 유전자는 뇌의 발달에 영향을 미치는 것으로 알려져 있는데, 연구팀은 인간과 침패치의 HARE5 유전자를 이식한 배아(embryo)가 어떻게 자라는지 연구했습니다.

 연구팀이 이 유전자를 선택한 이유는 뇌의 발달에 영향을 미치는 중요한 유전자라고 생각했기 때문입니다. 이 유전자는 연구팀이 침팬치와 사람의 유전자를 검색해서 106개의 후보를 선정한 후 최종적으로 결정된 유전자입니다. 

 human-accelerated regulatory enhancers(HARE) 유전자는 1-6까지 존재하는데 그 중에서 HARE5 유전자는 인간과 침팬치에서 불과 16 개의 염기쌍이 다를 뿐이라고 합니다. 이 유전자는 뇌의 발달과 질병에 큰 영향을 미치는 Frizzled 8 유전자와 근접한 위치에 있으며, 아마도 이 유전자를 자극해서 뇌의 발달에 영향을 미치는 것으로 생각됩니다. 

 이 유전자를 쥐에 이식한 결과 연구자들은 예상했던 결과를 얻을 수 있었습니다. 이 유전자가 이식된 쥐의 배아는 침팬치의 유전자가 이식된 배아와 비교해서 12% 정도 더 큰 뇌를 발달시켰습니다. 즉 이 유전자의 미세한 차이가 뇌의 발달에 큰 영향을 미친다는 것이죠. 

(인간의 HARE5가 이식된 쥐의 배아. 녹색으로 염색된 부분은 중추신경계.  The human version of a DNA sequence called HARE5 turns on a gene important for brain development (gene activity is stained blue), and causes a mouse embryo to grow a 12 percent larger brain by the end of pregnancy than an embryo injected with the chimpanzee version of HARE5.

Credit: Silver lab, Duke University)  

 사람 HARE5 유전자가 이식된 쥐의 신피질(neocortex)은 침팬치의 유전자가 이식된 것에 비해서 매우 잘 발달되고 세포 분열도 왕성하게 나타난 특징을 가지고 있었습니다. 신피질은 대뇌에서 가장 나중에 진화한 부위로 고등한 지적 능력을 수행하는데 중요한 역할을 합니다. 

 우리 인류의 조상이 침팬치와의 공통 조상에서 분리된 후 신피질이 더 강력한 기능을 수행할 수 있도록 진화되었을 것입니다. HARE5 유전자가 변화된 것도 바로 그런 이유였겠죠. 우리는 구체적으로 어떤 유전자가 어떻게 변해서 그런 차이를 만들었는지 이제는 분자 생물학적 방법으로 이해할 수 있는 단계에 이르렀습니다. 이 유전자 하나가 모든 이유를 설명하진 않지만 수많은 퍼즐 조각 중 하나를 찾았다는 것이죠.  

 그런데 연구자들이 인간과 침팬치의 두뇌의 비교 연구하는 이유는 어떤 차이가 인간과 침팬치를 만드는가를 보기 위해서만은 아닙니다. 연구자들이 흥미있는 분야는 인간에서는 생기지만 침팬치에서는 생기지 않는 질환 - 예를 들어 알츠하이머 병 - 이 생기는 메카니즘을 유전자 단위에서 해석하는 것도 있습니다.

 인간 두뇌의 진화의 비밀을 밝히는 것은 인간이 어떻게 인간이 되었는지를 설명하는 것은 물론 인간의 뇌에 생기는 여러 가지 질환을 이해하는데도 큰 도움을 줄 것으로 기대합니다. 

 참고 

http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150219133104.htm

Journal Reference:

1. J. Lomax Boyd, Stephanie L. Skove, Jeremy P. Rouanet, Louis-Jan Pilaz, Tristan Bepler, Raluca Gordan, Gregory A. Wray, Debra L. Silver. Human-Chimpanzee Differences in a FZD8 Enhancer Alter Cell-Cycle Dynamics in the Developing Neocortex. Current Biology, 2015; DOI: 10.1016/j.cub.2015.01.041