김 교수는 Discovery of common Asian copy number variants using integrated high-resolution array CGH and massively parallel DNA sequencing(고해상도 마이크로어레이와 차세대염기서열 분석 기술의 복합 적용을 통한 아시아인 특이적 유전자복제수변이 발굴연구)으로 대상의 영예를 안았다.
김 교수는 “유한의학상 대상은 서울대학교 의과대학 유전체의학연구소 연구팀을 대표해서 받은 것”이라며 “연구팀과 함께 노력한 결과물이라고 생각한다”고 수상소감을 밝혔다.
그는 “이번 논문을 통해 한국인 게놈 서열 분석 논문과 함께 국내의 게놈 분석 수준을 한 단계 높인 것으로 평가될 수 있는 것”이라며 “현재까지의 유전체학을 정리하고 앞으로 나아갈 새로운 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크다“고 말했다.
■아시아 최초, 유전자 복제수 변이 발견
김 교수는 “2004년 인간 유전체에서 유전자 복제수 변이(Copy Number Variation :CNV)가 처음 밝혀진 이후 CNV 변이는 단일염기다형성과 달리 개인의 질병감수성을 조절하는 중요한 유전인자로 제시 되어왔다”고 말했다.
그는 “하지만 그 동안 CNV가 정상적으로 인간 유전체에 존재하는지 존재한다면 어느 위치에 어떤 빈도로 존재하는 지 CNV를 찾을 수 있는 최적의 실험 플랫폼은 무엇인지에 대한 의견 접근이 이뤄지지 않았다”고 덧붙였다.
CNV와 인간의 질환에 대한 연관관계를 알아보기가 쉽지 않았다는 설명이다.
김 교수는 2009년 서울대학교 의과대학 유전체의학연구소 연구원(서정선·주영석 등) 들과 함께 국내 환자 1명을 대상으로 `유전자복제수변이'를 연구했다.
연구결과 사람 한사람이 몇 백개의 복제수변이를 가지고 있다는 것을 발견하고 아시아(한국, 중국, 일본 각 10명씩)인 30명을 대상으로 범위를 넓혀 연구를 진행했다.
이는 그동안 CNV 연구는 유럽인과 그 상대 개념으로 아프리카인에 대해 연구를 집중함으로써 상대적으로 아시아인의 유전정보가 없었기 때문이다.
■아시아인 맞춤의학시대, 유전자 지도 처음으로 발굴
김 교수는 “연구결과 한 사람당 700 이상의 CNV를 보유하고 있다는 것을 알아냈다”며 “이는 국내 연구진보다 한달 앞서 발표된 영국 연구결과에서도 같은 수치였다”고 말했다.
그는 “인종에 상관없이 인간의 유전체에서 유전자 복제수 변이의 수가 같다는 것을 알 수 있는 결과였다. 하지만 인종에 따라 유전자 복제수 변이도 다르다는 것도 함께 조사 됐다”고.
연구에 참여한 아시아인 5000여명의 변이와 유럽인 5000명의 변이를 비교한 결과 1500개 이외 맞지 않았다.
즉, 아시아인 고유의 유전자 복제수 변이 약 3500여개를 새롭게 찾아낸 것이다.
김 교수는 “CNV는 인종적인 차이도 적지 않아, 서구인을 중심으로 한 기존 연구결과를 한국인에게 직접 적용하기 어려운 상황이었는데 이번 연구를 통해 아시아인의 유전체 복제수 변이지도가 완성돼 아시아인의 유전적 특성에 맞는 맞춤의학 수립의 발판을 마련하게 됐다”고 말했다.
그는 “이를 통해 향후 질병 유전자 CNV는 고혈압, 당뇨, 비만, 뇌졸중, 악성 종양 등 현대인을 고통스럽게 하는 만성병의 예방, 진단 및 치료에 응용될 수 있고, 유전체 정보를 이용한 신약 개발에 새로운 목표를 제시함으로써 과학적인 치료법 및 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
■수상 논문 개요 및 의의
대상 수상자인 김종일 교수의 논문은 사람의 유전체에서 존재하는 유전자 복제수 변이(CNV)의 숫자와 위치 그리고 빈도를 밝힌 논문이다.
그 동안 인간 유전체에선 CNV에 대한 관심사가 높았다. 하지만 CNV에 대한 존재여부, 존재한다면 어떤 위치에 어떤 빈도로 존재하는지에 대한 의견 접근이 이뤄지지 않아 쉽지 않았다. 이에 CNV와 인간의 질환에 대한 연관관계를 알 수 없었다.
서울대학교 의과대학 유전체의학연구소는 자체개발한, 높은 수준의 해상도 CNV 마이크로어레이를 제작, 이를 차세대 게놈 서열 분석방법과 접목한 새로운 CNV 분석기술을 제시해 사람의 유전체에서 존재하는 CNV의 숫자와 위치 그리고 빈도를 정확히 밝혔다.
그 결과 2400만개의 프로브를 가지는 초 고밀도 CNV발굴 마이크로에러이를 개발, 아시아인(한국, 중국, 일본) 30명을 대상으로 전장 게놈에서 CNV를 발굴했다.
아울러 차세대 게놈 서열분석법을 마이크로어레이와 접목해 정확한 CNV 빠르게 발굴 할 수 있는 새로운 알고리즘 개발, 다수의 사람을 대상으로 높은 해상도로 CNV를 발굴함으로써 현재까지의 논란을 정리할 수 있는 개인별 CNV 데이터를 제시했다.
이번 연구는 아시아인 특이적 CNV 데이터와, NGS를 접목한 정확한 CNV 발굴 기법은 앞으로의 CNV연구에 표준적으로 사용될 수 있을 것으로 보인다.
또한, 인간 전 유전체 30억 염기 서열 가운데 CNV가 있는 유전자에 집중적으로 연구를 추진, 환자 샘플을 이용한 CNV 연구에 필요한 비용과 시간을 대폭 감소시켜 본격적인 질병 유전자 CNV 발굴의 기틀을 마련했다는데 의의가 있다.
홍미현 기자
