KAIST-생명연, 세계 최대 규모 3차원 암 게놈 지도 구축

[아이뉴스24 최상국 기자] KAIST 생명과학과 정인경 교수, 한국생명공학연구원 국가생명연구자원정보센터(KOBIC) 이병욱 박사 공동연구팀이 세계 최대 규모의 3차원 암 게놈 지도 데이터베이스를 구축해 공개했다고 28일 밝혔다.(데이터베이스 주소: 3div.kr).

공동연구팀은 인체 정상 조직과 암 조직, 그리고 다양한 세포주 대상 3차원 게놈 지도를 분석 및 데이터베이스화 해, 약 400여 종 이상의 3차원 인간 게놈 지도를 구축했다.

게놈은 핵이라는 3차원 공간 안에 존재하기 위해 복잡한 3차원 구조를 형성한다. 1차원적으로는 멀리 떨어져 있는 두 게놈 지역도 3차원 공간에서는 가까이 인접해 상호작용할 수 있다. 3차원 게놈 구조 분석은 1차원적인 서열 정보만을 토대로 한 게놈 연구의 한계를 극복하려는 노력이다.

암세포 유전체에서 발생하는 돌연변이를 규명해 암의 발병 기전을 이해하려는 시도도 개별 유전자에서 발생하는 점 돌연변이뿐 아니라 대규모 구조 변이에 관한 연구로 확장되고 있다. 대규모 구조 변이란 한 두 개의 염기 단위가 아니라 수천 개 또는 수억 개의 염기가 한꺼번에 바뀌는 현상을 말한다.

연구자들은 암세포에서 빈번하게 발생하는 대규모 유전체 구조 변이의 기능을 해독할 수 있다면 암의 발병 원리를 이해하고 항암제 개발에도 중요한 정보를 제공할 것으로 기대하고 있다.

하지만 대다수의 구조 변이는 DNA가 단백질을 생성하지 않는 비전사 지역에서 발생한다. 인간 게놈은 98% 이상이 비전사 지역으로 구성돼 있다. 따라서 1차원적 게놈 서열 분석만으로는 대규모 구조 변이를 규명하는 데 한계가 있었다.

한편 지난 10년간 비약적으로 발전한 3차원 게놈 구조 연구는 비 전사 지역에 존재하는 유전정보와 대규모 구조 변이를 3차원 게놈 구조 해독을 통해 규명할 수 있다는 사실을 보고하고 있다.

KAIST-생명연 공동연구팀은 지금까지 공개된 모든 암 유전체의 3차원 게놈 지도를 확보해 전 세계 최대 규모의 3차원 암 유전체 지도를 작성했다. 또한 대규모 구조 변이와 3차원 게놈 지도를 연결할 수 있는 분석 도구들을 개발했다. 대규모 유전체 구조 변이의 기능을 해독할 수 있는 새로운 전략을 제시한 것이다.

연구팀은 총 400여 개의 3차원 인간 게놈 지도 정보를 구축했는데 여기에는 18개의 서로 다른 암종 뿐 아니라 비교 대상군으로 활용할 정상 세포 또는 조직의 3차원 게놈 지도들도 포함됐다.

연구팀이 개발한 분석도구들은 기존에 알려진 구조 변이의 효과를 탐색할 수 있는 분석 도구, 임의의 구조 변이를 생성해 사전에 기능을 예측해 볼 수 있는 분석 도구, 그리고 복잡한 구조 변이를 포함한 암 유전체에서 재조합된 3차원 암 게놈 지도 작성 도구들이다. 이를 통해 기존의 연구에서는 비전사 지역에 존재하는 구조변이의 기능을 해독하는데 한계가 있었지만, 본 연구에서는 이들 구조변이를 통한 3차원 암 게놈 지도의 변형이 어떠한 유전자 조절에 관여하는지를 예측할 수 있게 됐다.

이병욱 박사는 "최근 세포 내 3차원 게놈 구조 변화가 다양한 질병, 특히 암의 원인이 된다는 것이 밝혀지고 있는데, 이번 연구를 통해 이를 연구할 수 있는 도구들을 세계 최초로 개발했다"며 "이번 연구 결과를 활용하면 암의 발병 원리를 이해하고 더 나아가 항암제 개발에도 중요한 정보를 제공할 것"으로 기대했다.

정인경 교수는 "암에서 빈번하게 발생하는 대규모 구조 변이의 기능을 3차원 게놈 구조 해독을 통해 정밀하게 규명 가능함을 보여줬다"라며 "이번 연구 결과는 아직 해독이 완벽하게 이루어지고 있지 않은 암 유전체를 정밀하게 해독하는 기술을 한 단계 더 발전시키는 계기가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 기반산업화 인프라 그리고 서경배과학재단의 지원을 통해 수행됐으며 연구 결과는 국제 학술지 `핵산 연구(Nucleic Acid Research)' 저널 온라인에 11월 27일 게재됐다. (논문명 : 3DIV update for 2021: a comprehensive resource of 3D genome and 3D cancer genome)