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우리는 모두 모자이크다: 한 사람의 몸에서 광범위한 유전체 다양성이 발견되었다.
사람을 비롯한 생물들은 평생을 살면서 얼마나 많은 돌연변이를 안고 살아갈까? 유전자의 복제는 정확하게 이루어지지만 워낙 많은 세포들이 수많은 세포분열을 하기에 체세포 돌연변이는 피할 수 없는 현상이라 생각됩니다. 주어진 환경과 생활습관에 따라 돌연변이 발생율이 다르다는 것은 상식인데 실제로 어떤 요인에 의해 얼만큼의 돌연변이가 생기는지 제대로 조사된 적은 없는 것 같습니다. 이제 실험기술이 발달하여 한 세포안의 DNA에 발생하는 돌연변이를 감지할 수 있는 단계에 이르렀습니다. 돈이 좀 많이 들었을 것 같은 연구가 그 동안 짐작으로만 논의되던 체세포 돌연변이의 수준과 요인들에 대한 구체적인 청사진을 보여준 셈이죠. 결과는 놀랍게도 상당히 심한 돌연변이들이 발생하고 있고 이는 체세포들의 유전체 등가성(genome equilibrium)이 어떻게 무너지는 지를 보여줍니다. 즉, 부위에 따라 서로 다른 돌연변이를 가진 세포들이 존재하고 이는 마치 우리 몸이 다양한 세포집단들의 모자이크로 구성된것과 같다는 겁니다. 어떤 경우에는 Y 염색체가 통째로 소실되는 경우도 있다니 놀랍군요. 염색체 이상이 다반사로 일어난다면 그 돌연변이 세포는 살아가기 어려울 것이고 이는 실험 결과보다도 더 많은 세포 들에서 이런 돌연변이가 생겼을 것임을 시사합니다. 이런 사실이 어디에 어떻게 응용될 지는 모르겠지만 일단 악성종양이 어느 한 세포에서 시작된다는 점을 고려할 때 완벽한 암예방은 어렵겠다는 생각이 듭니다. 워낙 유전체가 불안정하기 때문이죠. 세포노화도 돌연변이와 관계가 있으니 노화는 물론 각종 노인성 질환들이 모두 연관되어 있을 것 같군요. 특정 생활습관이 돌연변이 발생에 얼마나 영향을 주는지도 밝혀낼 수 있을 것 같습니다. 또한 돌연변이의 종류도 확인할 수 있으니 어찌 보면 올바른 생활습관을 결정 지을 수 있는 판단 기준으로 응용될 수 있을 것 같습니다. 결과적으로 사람의 몸에서 얼만큼의 돌연변이가 일어나는 것이 정상인지 알 수 있을 것이고, 이는 암을 비롯한 각종 질병과 환경 건강학 연구에 상당히 기여하겠는 생각이 듭니다.
유전자분석 기술의 발달로 시간에 따른 유전적 변화를 추적하게 되었다.
눈부신 기술적 발달로 연구자들은 74세 노인 한사람의 몸에 있는 100여개 각 세포내 유전체의 염기서열을 분석할 수 있었다. 결과는 완전 혼돈상태임을 보여주었다: 잉여의 염색체 팔이 붙은 경우, 염색체 일부가 통째로 사라진 경우, 작은 토막이 바뀐 경우, 소실되거나 복제된 경우 등. 수 개의 세포에서는 Y 염색체가 통째로 없어진 경우도 있었다.
“일부 세포는 아주 엉망인 경우도 있었어요.” 이 연구의 저자이며 Harvard Medical School in Boston, Massachusetts에서 bioinformatics를 공부한 Joe Luquette의 말이다
이 달에 아직 심사를 거치지 않고 bioRxiv에 사전 출판된 이 연구 논문은(1) 한 사람의 몸에 존재하는 유전적 변이의 초상화를 잘 그려냈다. 이 초상화는 이제 시작일 뿐이다: 이 연구는 시범 사업으로 미화 일억사천만불이 투자되어 약 150명의 지원자들의 세포를 이용하여 19개 신체부위의 돌연변이 목록을 만드는 것을 목적으로 한다(2).
이렇게 완성된 목록은 세포 간 유전적 변이(모자이크화, mosaicism)가 암을 비롯한 질병과 건강에 어떤 영향을 미치는지 연구하는데 새로운 전기를 마련할 것이라고 Japan’s National Cerebral and Cardiovascular Center in Suita에서 심혈관계의 모자이크화에 대해 연구하고 있는 Soichi Sano가 말했다.
평생동안 지속되는 돌연변이
사람들은 평생 살면서 자신의 DNA에 생기는 변화가 누적된다. 이는 복제나 회복과정에서의 실수나 DNA에 손상을 주는 환경, 즉 자외선이나 담배연기 등에 노출될 때 발생한다.
DNA 염기서열분석법이 발달하면서, 연구자들이 얼마나 유전적 모자이크화가 일어났는지 그리고 어떻게 건강에 영향을 미칠지를 분명히 볼 수 있게 된 것이다. 일부 세포에 누적된 DNA 돌연변이는 암을 유발할 수도 있다. 한 예로 혈액세포내 Y 염색체의 결손은 심혈관계 질환과 치명적인 심장마비의 위험을 높인다(4).
하지만 이 차이들을 목록을 만들거나 일생 중 언제 발생했는지 알기는 쉽지 않다. 대부분의 유전체 분석은 여러 세포에서 분리한 DNA를 이용하기 때문에 무더기로 이루어지고 한 세포에서 일어난 DNA 상의 변이를 찾아내는 것은 어렵다. 단일 세포에 시료를 얻어 염기서열을 분석하는 기술이 발달되어 있지만 이는 주로 세포내 여러 분자가 존재하는 RNA에 초점이 맞춰져 있다고 발육중인 뇌에서 모자이크즘을 연구하는 Boston Children’s Hospital의 신경학자인 Diane Shao가 말했다(5). 따라서 단일 세포에 단 2 분자밖에 없는 DNA를 분석한다는 것은 훨씬 어려운 일이다.
염기서열분석의 성공
마침내 US National Institutes of Health in Bethesda, Maryland에서 2023년 결성된 콘소시움에 속하는 Luquette와 동료들은 서열분석법과 체세포의 모자이크 유전자들의 목록을 만드는데 성공한다. 이 연구에서 연구자들은 primary template-directed amplification이라 부르는 DNA를 증폭시켜 염기분석을 하는 방법을 사용하였다. 이 방법과 몇 가지 다른 방법들을 이용하여 다양한 종류의 세포에 있는 DNA를 분석할 수 있었다.
이 연구팀은 이 방법으로 사후의 70대 노인으로부터 얻은 대장과 폐 세포를 분석하였다. 이 기술은 단순히 DNA의 염기서열의 차이를 밝힐 뿐 아니라 대략적으로 일생의 어느 시기에 발생했는지도 알 수 있게 해준다. 이에 더해 연구자들은 돌연변이의 양상을 조사하여 무엇이 이를 유발했는지도 추측할 수 있다. 즉, 일부 세포들은 담배로 인한 돌연변이를 갖고 있음을 발견하였다.
본 연구는 이 연구 콘소시움이 최근 몇 주사이에 어떤 방법이 특정 질문에 가장 적합한지 알아보는 과정에서 공개된 것 중 하나이다. 이 연구 기술은 매우 강력하지만 대규모로 진행하기엔 너무 비싸고 노동 집약적인 문제가 있다고 Mayo Clinic in Rochester, Minnesota의 컴퓨터 생물학자인 Alexej Abyzov의 설명이다.
중요한 다음 질문은 어떤 변화가 건강에 어떻게 영향을 주는 지가 될 것이라고Sano가 말했다. Luquette는 데이터가 축적되면 의학에 적용되는 유전체 염기서열에 대한 해석이 더욱 향상될 것으로 기대하였다. “당신이 암을 분석면서 여러 돌연변이를 발견했다고 칩시다. 그런데 이게 나쁜 건가? 라고 물었을 때 무엇과 비교를 해야 할까요?” 라고 물었다. “우리는 무엇이 정상인지 분자적 정의를 갖고 있어야 합니다.”
<이글은 아래의 기사를 번역한 것입니다.>
Heidi Ledford, 2025, We are all mosaics: vast genetic diversity found between cells in a single person. Nature News 25 Nov. 2025. (doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-03768-0)
<원문의references>
1. Luquette, L. J. et al. Preprint at bioRxiv (https://doi.org/10.1101/2025.10.31.685648)
(2025).
2. Coorens, T. H. H. et al. Nature 643, 47–59(2025).
3. Sano, S. and Walsh, K. Eur. Heart J. 46, 1617-1619 (2025).
4. Weyrich, M. et al. Eur. Heart J. 46, 1603–1616(2025).
5. Shao, D. D. et al. Preprint at bioRxiv https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.08.617159(2025).