스트레스가 얼마나 무서운 것인지, 만병의 근원임을 처음으로 밝혀

- 사회경제 신분이 낮은 사람들일수록 고도의 스트레스를 받아 각종 질병의 위험 높아

과학자들이 스트레스가 얼마나 무서운 것인지, 만병의 근원임을 처음으로 밝혀냈다.

미국 시카고대의 인간유전학과를 중심으로, 에모리대 영장류연구센터, 버몽대의 심리학과, 존스홉킨스대의 생물통계학과의 과학자들이, 스트레스(Stress)가 얼마나 무서운 것인지, 레서스 원숭이를 대상으로 연구한 결과를 처음으로 밝혀, “레서스 원숭이의 면역 시스템에서 일어나는 사회환경과 관련된 유전자 조절 변이(Social environment is associated with gene regulatory variation in the rhesus macaque immune system)”라는 논문을 발표했다(Tung et al., PNAS, 9 Apr 2012; Science Daily, 9 Apr 2012).

원숭이들의 서열(ranking)과 그에 따른 스트레스는 면역 시스템(immune system)을 담당하는 유전자를 포함해 거의 1000개의 유전자 발현을 변경(variation, 변이)해 건강에 치명적이라는 것이다. 

이번 연구결과는 처음으로 사회적 환경/지위와 유전자 조절과의 관계를 게놈범주규모(a genome-wide scale)로 연구해 둘 사이에 강한 그리고 가소성의 연결(strong and plastic link)을 보여주고 있으며, 스트레스는 만병의 근원임을 처음으로 밝혀낸 것이다.

noname01
▲원숭이들의 서열(ranking)과 그에 따른 스트레스는 거의 1000개의 유전자 발현을 변경(variation, 변이)해 건강에 치명적. 따라서 인간도 서열의 스트레스를 받으면 거의 같은 수준으로 유전자 발현에 이상이 있음을 암시. Credit: bertys30 / Fotolia

서열이 높은(high-ranking) 여자 레서스 원숭이들과 서열이 낮은 동료들을 비교 분석한 결과, 면역 반응과 다른 기능들과 관련된 유전자들의 발현에서 심각한 차이가 있음을 발견한 것이다. 또한 여자 원숭이들의 서열이 올라가자, 몇 주안에 유전자 발현에 변화가 일어났는데, 이는 사회적 힘이 유전자 조절에 막대한 영향을 끼치고 있음을 시사하는 것이다. 

시카고대의 길라드(Yoav Gilad) 박사는 “우리는 원숭이들의 서열에 따라 면역 유전자 발현 기법을 사용하여 원숭이들을 분류했는데, 지위와 유전자 발현 사이에 매우 강하고, 즉각적이며, 가소성의 변화가 일어나고 있음을 발견했는데, 이는 매우 새롭고 흥미로운 결과입니다”라고 말했다.

이번 연구는 시카고대의 박사후 연구자인 텅(Jenny Tung)에 의해 주도되었는데, 텅 박사는 아틀란타주 소재 에모리대의 영장류연구센터에 야생의 레서스 원숭이들을 뒤섞어 5개의 그룹으로 나누어 연구했다. 그러자 서열이 뒤섞인 각 그룹은 지배 계급을 스스로 조직하기 시작했는데, 각각의 원숭이들은 음식, 물, 배우자 짝짓기 등에서 경쟁을 하기 시작했고, 이렇게 새로 조직된 위계질서에서, 연구자들은 서열의 변화가 유전자에 미치는 영향을 연구했다. 

지금은 듀크대의 진화 인류학과의 조교수가 된 텅 교수는 “야생에서 여자 원숭이들은 그들이 태어난 그룹을 떠나지 않습니다. 그들은 어머니로부터 사회적 계급을 물려받습니다. 그러나 이와 같이 비-자연스로운 상황에서(in this unnatural situation), 다시 말해 뒤섞인 상황에서, 그들은 새로운 계급을 결정해야 합니다. 보통 새로 들어온 원숭이들이 일반적으로 낮은 계급이 됩니다”라고 설명했다. 

전의 연구에서 원숭이들의 사회적 지위가 스트레스 반응, 두뇌, 면역 시스템에 영향을 준다는 연구결과가 보고됐다. 따라서 유전자 칩 기술(gene chip technology)을 이용해, 이들 연구자들은 6,000개 이상의 서로 다른 유전자의 발현을 측정했다. 그 결과 서로 다른 계급의 49개의 원숭이들에서 면역 시스템과 관련된 112개의 유전자를 비롯하여 총 987개의 유전자 발현에 중요한 변화가 있었다. 

쉽게 말해 낮은 계급의 원숭이들은 만성스트레스를 받아, 이 스트레스가 면역 기능을 손상시키고 있는 것으로 나타났는데, 이는 인간 연구에서도 마찬가지로, 사회경제 신분이 낮은 사람들이(the low socioeconomic status) 고도의 스트레스를 받아 각종 질병의 위험을 가중시키는 것과 같은 것이다. 따라서 인간도 서열의 스트레스를 받으면 거의 같은 수준으로 유전자 발현에 이상이 있음을 시사하는 것이다.

연구자들은 유전자 발현에 영향을 주는 사회적 신분에 의한 메커니즘도 조사했다. 그 결과 지배서열(Dominance rank)은 스트레스 호르몬 시스템인 당질코르티코이드(glucocorticoid)라는 신호와 혈액 샘플의 세포 구성에도 영향을 주어, 이 둘이 유전자 발현 변화에 기여를 하고 있다는 사실도 밝혀냈다. 더 나아가 사회적 서열이 후성유전학(Epigenetic, Epigenome)에도 영향을 주어 DNA 메틸레이션(DNA methylation)을 유발시켜 유전자 발현을 억제하고 있다는 사실도 밝혀냈다. 

단지 주의할 것은 우리에 가둔(in captivity) 원숭이들을 실험했다는 것인데, 따라서 야생에서 일어나고 있는 스트레스와 유전자 조절과의 상관관계가 다를 수도 있다는 것이다. 또한 서열이 인간에게도 같은 스트레스를 주어 면역 유전자가 변이가 일어나고 있는지도 추가로 연구해야 한다. 하지만 분명한 것은 스트레스는 만병의 근원이라는 점인데. 이를 과학적으로 밝혀내고 수치화해 병원에서 진단에 사용하여야 한다.

2

* 후성유전학(Epigenome, Epigenetic) – 2013년은 모든 생명체의 기본이 되는 DNA의 모습이 왓슨(James Watson) 박사에 의해 세상에 드러난 지 60주년 되는 해였다. 왓슨 박사를 비롯한 2명은 1953년에 DNA 분자모형을 발견한 공로로 1962년 노벨생리의학상을 수상했다. 길 다란 이중나선 모양의 염색체는 4가지 염기인 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G), 티민(T)이 히스톤(Histones)이라는 단백질을 감아 목걸이처럼 서로 엮인 상태이다. DNA는 세포분열 시 압축된 염색체를 느슨한 상태의 염색체를 만들어 유전자가 발현되게 함으로써, 이를 통해 어버이의 유전정보를 후세로 전달한다. DNA의 구조를 알고 난 뒤 생명공학에는 눈부신 발전이 있었다. 유전병의 원인이 되는 유전자가 염색체 어느 부분에 있는지 알 수 있게 됐고, 병을 치료하거나 신약개발도 가능해졌다. 또 친자확인이나 범죄자 프로파일링 등에도 활용되고 있다. 

문제는 DNA만으로 모든 생명현상을 이해할 수는 없다는 것이다. DNA 염기서열이 변하지 않아도 유전자 발현에 변화가 생길 수 있기 때문이다. 이 부분에 대한 설명은 후성유전학(epigenetics)이 등장하면서 채워지고 있다. 후성게놈(epigenome)은 DNA 염기서열이 아닌 다른 부분의 변화로 유전자 발현과 억제가 일어나는 현상이다. 

대표적인 게 DNA 염기 중 하나인 시토신에 메틸기라는 작은 분자가 붙는 시토신 메틸레이션(Cytosine Methylation, mC)과 아데닌 메틸레이션(Adenine Methylation, mA), 그리고 DNA가 감겨져 있는 히스톤 메틸레이션(Histone Methylation)과 히스톤 아세틸레이션(Histone Acetylation)이 일어나는 히스톤 변형(Histone Modifications)이 있다. 이런 변형이 일어나면 DNA와 히스톤이 결합하는 정도가 바뀌기 때문에 DNA의 발현이 억제되거나 증가하게 된다.

지금까지 밝혀진 것은, 메틸레이션이 일어나면 유전자의 발현이 억제되고 아세틸레이션이 일어나면 유전자가 발현된다는 것이다. 이런 후성유전으로 인한 유전자 발현조절에 문제가 생기면 암·치매·정신분열증·당뇨·심혈관계 질환 등의 다양한 질병이 일어날 수 있다. 그러나 아직 그 과정에 대한 연구는 많지 않다. 최근 들어 연구자들은 질병을 일으키는 후성유전학적 변화가 어떻게 일어나는지에 대한 연구에 주목하고 있다.

 

크기변환_사본-10632695_637493523030856_2757249799481243589_n차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자

아스팩미래기술경영연구소(주) 대표, 국가과학기술심의회 ICT융합전문위원회 전문위원, 국토교통부 자율주행차 융복합미래포럼 비즈니스분과 위원, 전자정부 민관협력포럼 위원, 국제미래학회 과학기술위원장