IBS(기초과학연구원·원장 노도영)는 안톤 가트너 유전체 항상성 연구단(단장 명경재) 부연구단장팀이 던디 대학, 유럽 분자생물 연구소(EMBL), 영국 웰컴 생어 연구소와 협력해 발암 물질로 인한 DNA 손상·복구 메커니즘이 돌연변이 발생과 연관있다는 사실을 규명했다고 8일 밝혔다. 

DNA는 모든 생명활동에 필요한 유전정보가 저장돼 있어 잘 보존하는 것이 중요하다. 그러나 DNA는 자외선, 화학물질, 방사능 등 여러 외부 자극에 지속적으로 노출돼 각기 다른 방식으로 손상된다. 이에 신체는 망가진 DNA를 고치려는 DNA 복구 전략을 사용하지만 복구에 문제가 생기면 돌연변이가 세포에 축적될 수 있고, 이는 암을 유발하는 근본원인이 된다.

돌연변이는 DNA 염기서열의 변화, 일부 서열 손실 등 다양한 양상으로 일어나는데 이를 '돌연변이 시그니처(Mutational Signature)'라고 한다. 담배의 니코틴, 타르 성분이 DNA를 손상시킨다고 반드시 폐암을 일으키지는 않듯, 돌연변이 시그니처는 DNA 손상물질 외에도 여러 요인이 작용해 결정된다고 알려졌지만 정확한 기작은 밝혀지지 않았다.

연구진은 실험을 통해 돌연변이 시그니처 양상을 결정하는 메커니즘을 밝혀냈다. 연구진은 DNA 변이를 결정짓는 유전적 요소를 찾고자 전체 게놈 시퀀싱을 이용해 예쁜꼬마선충 2700여 마리의 유전체를 대대적으로 분석했다. 12가지 DNA 독성물질을 150가지 조합으로 제작한 뒤, 이를 다양한 DNA 복구 기능에 결함이 있는 여러 꼬마선충에 노출시켰다. 

그 결과 연구진은 DNA 손상물질의 종류와 함께 DNA 복구 기능이 돌연변이 시그니처 양상을 결정함을 규명했다. 가령, 예쁜꼬마선충을 아플라톡신에 노출시킨 경우 염기인 시토신(C)이 티민(T)으로 치환되지만, 감마선에 노출되면 티민(T)이 아데닌(A)이나 시토신(C)으로 치환되는 등 다양한 돌연변이가 일어났다. 또 같은 손상물질에 노출되더라도 DNA 복구 기능에 결함이 있으면 정상인 경우에 비해 돌연변이 시그니처 발생이 급격히 증가했다.

돌연변이 시그니처를 분석하면 어떤 물질로 인해 암이 유발됐는지, 어떤 DNA 복구 기능이 손상됐는지 알아낼 수 있다. 때문에 돌연변이 시그니처는 암 발생의 근본적인 과정을 이해하고 개인 맞춤형 암 치료법을 개발할 실마리가 될 수 있다.

안톤 가트너 부연구단장은 "이번 연구로 암의 근본원인인 돌연변이 종류를 결정하는 원리를 밝혔다"며 "향후 암 진단·치료법 개발에 새로운 이정표가 될 것으로 기대한다"고 전했다.

이번 연구성과는 네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.878) 온파인 판에 지난달 1일 자로 게재됐다. (논문 명: Mutational signatures are jointly shaped by DNA damage and repair)