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영장류 대뇌 비교 연구를 통해 유전자 발현과 조절 메커니즘 규명

Human-specific features of spatial gene expression and regulation in eight brain regions

최근 국제 저널 Genome Resesearch 온라인판에 중국과학원 상해 영양 및 건강 연구원-막스클랑크 계산생물학 합작 연구소 Philipp Khaitovich 연구팀과 일본 국립자연과학연구소 인지유전체학 Yasuhiro Go 연구팀이 공동 발표한 ‘Human-specific features of spatial gene expression and regulation in eight brain regions’ 논문이 관심을 끌고 있다.

뇌의 분자지도만으로는 사람 고유의 특징을 알 수 없다. 그러나 이러한 식별 특징을 확인하는 것은 인지 기능의 진화와 본질을 이해하는 데 중요하다. 현재까지의 이 연구는 사람의 뇌를 다른 종의 뇌와 비교하는 데 초점을 맞추어 왔으며 사람의 뇌에서만 발현되는 특이한 많은 유전자를 밝혀냈다. 사람과 비교적 거리가 먼 종의 대뇌 전사체(transcriptome)를 비교한다면, 발현된 유전자가 불합리하거나 부정확하게 분포할 수 있는 상황을 분별해 낼 수 있을 것이다. 따라서 이 연구에서는 사람과 침팬지, 고릴라, 긴팔원숭이(Gibbon)와 마카크원숭이(macaques)를 이용하여 동물 종에 따라 종간의 대뇌 변화 차이가 어떻게 분포하는지를 알 수 있다고 판단하였다.

이를 증명하기 위해서 Philipp Khaitovich 연구팀의 허천(Xu Chuan), 이정(Li Qian) 연구원은 사람, 침팬지, 고릴라, 긴팔원숭이와 마카크원숭이의 뇌 영역 8곳에서 수집된 유전자 발현과 H3K27ac 염색질 변형 데이터를 분석하였다.

이 데이터에 대한 포괄적인 분석을 통해 연구팀은 1,851개의 사람 전사체 특이적 유전자와 241개의 침팬지 전사체 특이적 유전자의 존재를 밝혀 냈다. 그 가운데 사람 특이적인 유전자의 절반 이상이 해마의 뉴런과 성상 세포에서 현저히 높이 발현되는 반면, 다른 사람 특이적 유전자는 전두엽 피질과 소뇌에서 미세아교세포(microglia)의 기능에 영향을 미친다. 그 후 이러한 차이를 유발하는 조절 원인을 연구함으로써, 종 특이적 유전자 발현 변화에서 전사 인자의 역할을 밝히고, 후성유전학적 변화는 종에서 보존된 공간 발현 차이와 관련이 있음을 밝혀냈다.

요약하면 이 연구는 사람의 뇌와 밀접한 관련이 있는 영장류의 뇌를 비교함으로써 뇌의 특성을 보다 확실하게 밝혀 내고 종간의 뇌 진화의 분자 지도에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 사람 두뇌와 더 나아가 뇌의 고유특성(unique features)을 나타내는 분자적 특성을 탐구한 것이라고 할 수 있다. 해당 연구의 데이터는 GEO Accession no. GSE100796이다.

해당 연구는 중국과학원 전략선도과학기술프로젝트, 국가1000해외전문가계획 등의 지원으로 이루어졌다.

관련연구자: Philipp Khaitovich, 허천(Xu Chuan), 이정(Li Qian), Yasuhiro Go

관련기관: CAS Key Laboratory of Computational Biology, CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Cognitive Genomics Research Group, Exploratory Research Center on Life and Living Systems, National Institutes of Natural Sciences

본문키워드(한글): 뇌과학, 유전자 발현, 영장류

본문키워드(영문): brain science, gene expression, primates

국가: 중국

원문출판일: 2018-07-13

출처: https://genome.cshlp.org/content/early/2018/06/27/gr.231357.117.abstract