서울 건국대학교 의과대학 유정수 교수와 미국 반 안델 연구소(Van Andel Institute)의 피터 존스(Peter A. Jones) 교수 연구팀과 함께 유전자 발현 조절의 핵심 부위인 CpG 섬(CpG islands)의 형성 과정을 새롭게 규명했다. 이번 연구는 트랜스포존(Transposable Elements, TE)과 DNA 메틸화(DNA methylation)의 진화적 상호작용이 CpG 섬의 기원을 설명한다는 새로운 모델을 제시했으며, 연구 성과는 국제학술지 ‘PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)’에 게재되고 생물학연구정보센터(BRIC)가 선정하는 ‘한국을 빛낸 사람들(한빛사)’에도 등재됐다.

건국대학교 의과대학 유정수 교수

후성유전학은 DNA 염기서열의 변화 없이 유전자 발현이 조절되는 메커니즘을 연구하는 학문으로, 이 중 DNA 메틸화는 가장 오래된 조절 기전 중 하나다. 일반적으로 DNA 메틸화는 시토신과 구아닌 염기쌍(CpG dinucleotide)에서 일어나는데, 이러한 CpG가 밀집된 구간이 바로 ‘CpG 섬’이다. CpG 섬은 유전자 발현의 스위치를 켜거나 끄는 주요 조절 부위로 알려져 있으며, 특히 암과 같은 질환에서 메틸화 이상이 집중적으로 나타나 중요한 연구 대상으로 주목받아 왔다.

연구팀은 CpG 섬이 본래부터 존재한 구조물이 아니라 트랜스포존의 침입과 그로 인한 DNA 메틸화 축적 그리고 CpG 소실 과정이 반복되는 진화적 압력 속에서 형성된 결과물임을 밝혀냈다. 즉 한때 ‘정크 DNA’로 불리던 트랜스포존이 게놈에 삽입되면서 주변 영역의 메틸화가 증가하고, 이에 따라 CpG가 소실되며 정교한 조절 체계(de novo promoter나 enhancer)로 재구성됐으며, 상대적으로 침입이 적었던 CpG 풍부 지역만이 오랜 세월 보존돼 오늘날 우리가 인식하는 CpG 섬으로 남았다는 것이다.

유정수 교수는 “CpG 섬은 단순히 ‘섬(island)’이라기보다 오랜 침식 과정을 견디고 남은 ‘고원(mesa)’ 또는 ‘잔구(butte)’에 가깝다”며 “이미 알려진 현상이라 여겨졌던 주제라도 다시 질문하고 탐구하는 과정에서 과학의 본질적인 즐거움을 되새길 수 있었다”고 설명했다.

이번 연구는 유정수 교수가 2024년 건국대학교 연구년 동안 반 안델 연구소(Van Andel Institute)에서 수행한 프로젝트의 결과물로, 후성유전학의 오랜 질문이었던 ‘CpG 섬의 기원’에 대한 근본적 통찰을 제공한다. 또한 후성유전학적 조절의 기원을 진화적 관점에서 재해석함으로써, 암·노화·면역질환 등에서 관찰되는 DNA 메틸화 이상 및 트랜스포존 재활성화 현상을 이해하는 데 중요한 기초를 마련했다.

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