KAIST, 세계 최대 규모 3차원 암게놈 지도 구축

- KAIST 생명과학과 정인경 교수, 대규모 암 유전체 구조 변이 해독의 신규 전략 제시

국내 연구팀이 전 세계 최대 규모의 3차원 암 게놈 지도 데이터베이스를 구축해 공개했다. 

KAIST 생명과학과 정인경 교수가 한국생명공학연구원(원장 김장성) 국가생명연구자원정보센터(KOBIC) 이병욱 박사 연구팀과 공동연구를 통해 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. (데이터베이스 주소: 3div.kr).  

이를 통해 암세포에서 빈번하게 발생하는 대규모 유전체 구조 변이(structural variation)의 기능을 해독할 수 있는 신규 전략을 제시했다.

연구 결과(논문명 : 3DIV update for 2021: a comprehensive resource of 3D genome and 3D cancer genome)는 국제 학술지 `핵산 연구(Nucleic Acid Research)’ 저널 11월 27일(현지시각) 자 온라인판에 실렸다. 

3차원 암 게놈 지도 해독을 통한 유전자 조절 기능 규명. [출처: KAIST 제공]

현재까지 많은 연구를 통해 암세포 유전체에서 발생하는 돌연변이를 규명해 암의 발병 기전을 이해하려는 시도가 있었다. 최근에는 유전자에서 발생하는 점 돌연변이뿐 아니라 대규모 구조 변이에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 이들을 활용한 신규 암세포의 특이적 유전자 발현 조절 기전 규명의 중요성이 제시되고 있다.

하지만, 대다수의 구조 변이는 DNA가 단백질을 생성하지 않는 비 전사 지역에 존재해, 1차원적 게놈 서열 분석만으로 이들의 기능을 규명하는 데는 한계가 있었다. 

한편 지난 10년간 비약적으로 발전한 3차원 게놈 구조 연구는 비 전사 지역에 존재하는 대규모 구조 변이로 인해 생성되거나 소실되는 염색질 고리 구조(chromatin loop)를 3차원 게놈 구조 해독을 통해 규명하면 유전자 조절 기능을 해독할 수 있다는 모델을 제시하고 있다. 

이에 연구팀은 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. 그 결과 연구팀은 대규모 암 유전체 구조 변이에 따른 3차원 게놈 구조의 변화 그리고 이들의 표적 유전자를 규명할 수 있었다.

정인경 교수는 “암에서 빈번하게 발생하는 대규모 구조 변이의 기능을 3차원 게놈 구조 해독을 통해 정밀하게 규명 가능함을 보여줬다ˮ라며 “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 수행됐다. 

김민중 기자 science@