생명과학 양병찬 (2015-07-30 09:40) - GWAS 연구를 통해 밝혀진 네안데르탈인의 생물학적 유산“피부장애에서부터 면역장애에 이르기까지, 네안데르탈인과의 성접촉은 호모 사피엔스의 건강에 다양한 영향을 미쳤다.” 이미지 출처: 위키피디아 현생인류의 조상은 유별나거나 까다로운 존재가 아니었던 것 같다. 호모 사피엔스와 네안데르탈인, 데니소바인, 기타 고인류들 간의 성관계를 입증하는 유력한 증거들이 속속 제시되고 있으니 말이다. 이제 과학자들은 대규모 유전자연구를 통해, 이 같은 성관계들이 인류의 다양한 생물학적 특징(예: 호모 사피엔스가 아프리카 외부의 환경에 대처한 능력, 현대인이 천식·피부질환·우울증 등에 잘 걸리는 경향)에 미친 영향을 밝혀냈다. 현생인류의 유전체 중에서 고인류에게서 유래하는 부분의 비중은 비교적 작다. 대부분의 유럽인과 아시아인의 유전체 중 2-4%는 네안데르탈인(참고 1), 멜라네시아인(참고 2)과 호주 아보리진(참고 3)의 유전체 중 5%는 데니소바인에게서 유래하는 것으로 알려져 있다. 그밖에도 현생인류의 유전체 곳곳에는 다른 먼 친척뻘 고인류에게서 유래하는 DNA 조각이 존재하는 것으로 알려져 있다(참고 4). 그러나 고인류들에게서 유래한 시퀀스들은 인간의 생물학적 특징에 큰 영향을 미친 것 같다. 왜냐하면 그중에는 호모 사피엔스의 시퀀스와 매우 다른 것도 있어, 우리의 일상생활에 유리하거나 불리한 형질을 제공했을 가능성이 높기 때문이다. "고인류들의 DNA가 현생인류의 유전체에서 차지하는 비중은 기껏해야 5% 미만이지만, 유연관계가 꽤 멀었던 만큼 예상 외로 강력한 영향을 미쳤던 것 같다"라고 하버드 의대의 데이비드 라이히 박사(집단유전학)는 말했다. 지난해에는 현생인류의 유전체 중에 존재하는 네안데르탈인의 DNA 목록을 제시한 연구결과가 두 건 발표되었는데(참고 5, 6), 라이히 박사는 그중 한 건의 연구를 공동으로 지휘했다. 이들 연구에 의하면, 일부 유전자의 네안데르탈인 버전이 유라시아인들에게 열손실을 줄이고 빽빽한 체모(體毛)를 갖도록 도와줬다고 한다. 그러나 이러한 유전자들이 현생인류에게 이로움을 줬는지 여부는 확실하지 않았다. (1) 이에, 미국 밴더빌트 대학교의 코린 시몬티와 토니 카프라 박사(진화유전학)가 이끄는 연구진은 네안데르탈인이 인간의 생물학에 어떤 영향을 미쳤는지를 알아보기 위해, 전유전체연관성연구(GWAS: genome-wide association studies)에 눈을 돌렸다. 신원이 밝혀지지 않은 병원입원 환자 28,000명의 유전체자료와 진료기록을 이용하여, 시몬티와 카프라가 이끄는 연구진은 네안데르탈인버전 유전자와 호모 사피엔스버전 유전자를 가진 환자들 간의 형질 및 질환 차이를 비교분석했다. 그 결과, 네안데르탈인버전 유전자를 가진 환자들은 골다공증, 혈액응고장애, 니코틴중독의 발병위험이 약간 높은 것으로 밝혀졌다. 연구진은 다음으로, 여러 가지 유전자변이의 결합효과(combined effect)를 분석해 보았는데, 그 결과는 다소 엇갈렸다. 즉, 네안데르탈인버전 유전자와 우울증, 비만, 특정 피부질환 간의 관계를 분석했는데, 일부 변이들은 이 같은 질병들의 위험을 증가시키는 반면 일부 변이들은 감소시키는 것으로 나타났다. 시몬티 박사는 이상의 연구결과를 정리하여, 7월 15일 오스트리아 빈에서 열린 「분자생물학 및 진화학회 연례회의」에서 발표했다. "네안데르탈인버전 유전자는 대부분의 호모 사피엔스버전 유전자와 마찬가지로, 여러 질환의 발병위험에 미미한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 그러나 피부장애(예: 일광노출로 인한 병변)와 관련된 유전자만을 놓고 보면, 이번 연구결과는 네안데르탈인의 DNA와 피부생물학 간의 관련성을 지적한 선행연구들과 일치하는 측면이 있다"라고 카프라 박사는 말했다. 한편 고인류의 유전자가 현생인류의 건강에 미친 영향은 시간이 지남에 따라 변화하기도 한 것으로 밝혀졌다. 시몬티와 카프라가 이번 회의에서 보고한 바에 의하면, 현대인들이 겪는 혈액응고장애는 네안데르탈인의 면역유전자와 관련되어 있다고 한다. 그러나  선행연구들은 "호모 사피엔스가 아프리카 외부에서 직면한 질병과 싸우는 과정에서 고인류에게서 물려받은 면역유전자의 덕을 톡톡히 봤다"고 보고한 바 있다. (2) 독일 막스플랑크 진화인류학연구소의 미카엘 다네만 박사(컴퓨터생물학)는 이번 회의에서, "많은 현대인들이 보유하는 TLRs(toll-like receptors: 병원체를 감지하고 신속한 면역반응을 일으키는 데 관여하는 단백질) 유전자가 네안데르탈인과 데니소바인에게서 유래한다"고 보고했다. 나아가, 고인류의 유전자가 포함된 인간세포를 실험실에서 배양해본 결과, 호모 사피엔스의 유전자가 포함된 인간세포보다 TLRs를 더 많이 발현하는 것으로 나타났다고 한다(참고 7). 종전에 실시된 GWAS 연구에서는 "고인류의 유전자가 헬리코박터 파일로리 감염을 감소시킨다"고 보고한 바 있으나, 이번 연구에서는 고인류의 유전자가 알레르기 위험을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. "지금으로부터 1만 년 전까지만 해도 인간의 적응에 도움을 줬던 유전자들이, 오늘날에는 부적응의 원인이 되고 있다. 이는 현대인의 생활방식과 식생활 등이 변했기 때문인 것으로 보인다"라고 UC 버클리의 라스무스 닐센 박사(집단유전학)는 논평했다. 그러나 고인류의 유전자 중에서 현대인에게 이로움을 준 것으로 확실시되는 것이 하나 있다. 지난해에 닐센 박사가 이끄는 연구진은 "EPAS1 유전자의 데니소바인버전이 혈액응고를 억제함으로써 오늘날의 티벳인들에게 해발 4,000미터 고도에서 생활할 수 있는 능력을 부여했다"고 밝힌 바 있다(참고 8). 많은 연구자들은 상관관계가 뚜렷하다는 점을 들어, 닐센 박사가 발견한 EPAS1 유전자를 '고인류의 유전자가 현대인의 생물학적 특징에 미친 영향'을 증명하는 대표적 사례로 손꼽고 있다. 그러나 이 같은 연구결과가 나온 이면에는 과학자들의 지대한 노고(예: 고인류의 유전자를 보유하는 마우스 만들기, 동물실험을 통해 유전자의 영향 분석하기)가 숨어 있음을 간과해서는 안 된다. "모든 연구결과는 과학자들이 흘린 땀방울의 결정체다"라고 라이히 박사는 말했다. ※ 참고문헌1. Green, R. E. et al., “A draft sequence of the Neandertal genome”, Science 328, 710–722 (2010).2. Meyer, M. et al., “A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual”, Science 338, 222–226 (2012).3. Rasmuseen, M. et al., “An Aboriginal Australian genome reveals separate human dispersals into Asia”, Science 334, 94–98 (2011).4. Hammer, M. F., Woerner, A. E., Mendez, F. L., Watkins, J. C. & Wall, J. D., “Genetic evidence for archaic admixture in Africa”, Proc. Natl Acad. Sci. 5. Vernot, B. & Akey, J. M., “Resurrecting surviving Neandertal lineages from modern human genomes”, Science 343, 1017–1021 (2014).6. Sankararaman, S. et al., “The genomic landscape of Neanderthal ancestry in present-day humans”, Nature 507, 354–357 (2014).7. Dannemann, M., Andrés, A. M. & Kelso, J., “Adaptive variation in human toll-like receptors is contributed by introgression from both Neandertals and Denisovans”, Preprint at http://dx.doi.org/10.1101/022699 (2015).8. Huerta-Sánchez, E. et al., “Altitude adaptation in Tibetans caused by introgression of Denisovan-like DNA”, Nature 512, 194–197 (2014). ※ 출처: Nature 523, 512–513, 30 July 2015 doi: 10.1038/523512a(http://www.nature.com/news/neanderthals-had-outsize-effect-on-human-biology-1.18086) http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=262834&ksr=1&FindText=면역세포