[수첩] 후성유전학은 진화를 어떻게 설명하나 -인터뷰

'후성유전학과 적응, 마음, 진화'에 관해 김영준 교수를 인터뷰하다 -메모

"무엇을 먹느냐에 따라 당신 자손이 달라진다"..."후성유전물질은 세포 역사의 기록"

"게놈의 전략적 수정, 에피게놈의 전술적 적응, 그리고 진화"...후성유전과 신경질환은





다음은 지난 6월15일 김영준 연세대 교수와 했던 인터뷰 내용을 간추린 것입니다. 이 인터뷰는 <한겨레>에 7월부터 연재할 예정인 '과학자 심층인터뷰'를 위해 준비되었습니다. 메모 형식의 이 글 중에는 오탈자가 있을 수 있으며 김 교수가 말한 의미를 제대로 전달하지 못한 부분이 있을 수 있습니다.


■ 개인적으로 저는 후성유전학이 현재 생명현상에 관해 여러 가지 중요한 물음들을 던지면서 그 체계를 완성해가고 있는 '현재진행형'의 과학이라는 인상을 많이 받았습니다. 또한 DNA가 생명현상을 결정한다는 '강한 유전자 결정론'의 과학에 문제를 제기하는, 그래서 환경과 생명의 상호작용에 관한 우리의 이해를 풍부하게 해주는 과학으로 자리를 잡아가고 있다는 느낌도 받았습니다. 물론 제가 인상이나 느낌이라고 말은 했지만, 그것의 의미가 세계 과학계에서 중요해지고 주목을 받기 시작하는 것은 그런 인상이나 느낌이 아니라 '현실의 과학'이기 때문이겠지요. 후성유전학이 말하는 '환경의 중요성'을 개인적인 취향이나 선호가 아니라 과학 지식으로서 다시 한번 바라보게 만듭니다.


6월5일에 있었던 김영준 교수 1차 인터뷰의 메모인 "후성유전학은 '생명 큰물음' 도전중"을 참조하시면 좋겠습니다.




 

# 1. "무엇을 먹느냐에 따라 당신 자손이 달라진다"  
 

저번 인터뷰에 이어서 새로운 질문을 드리기는 어려웠지만, 저번 인터뷰에서도 충분히 얘기되지 못한 ‘진화론과 후성유전학’의 얘기와, 또 후성유전학에서 얘기하는 후성유전과 먹을거리, 마음의 문제 등에 관해 여쭙겠습니다.


우선 식이, 즉 먹을거리의 문제를 여쭈면... epigenome.eu라는 유럽 중심의 후성유전학 공동연구 그룹 사이트에 가보면, “후손을 위한 식사: 당신이 무엇을 먹느냐에 따라 손자·손녀가 달라진다 (Dining for your descendants : Your grandchildren are what you eat)”라는 문구가 있더군요. 무엇을 먹느냐가 당신뿐 아니라 후손한테도 유전자 기능에서 큰 영향을 끼칠 수 있다는 얘기로 들리는데, 이런 얘기의 과학적 근거는 있는 것인지요? 이 사이트에서는 2008년 11월 한 연구팀이 <당뇨병<Diabetes)>이라는 학술지에 낸 연구보고를 그 근거로 제시하고 있는데요, 비슷한 후속연구들이 있는 것인지요.


네... 식이는 여러 증거를 말하는 연구들이 있어요. 몇 가지 에피소드를 죽 얘기하면, 지금 말씀하신 연구도 있지만, 다른 하나는 이런 겁니다. 네덜란드 사람들이 2차 세계대전 때에 잘 먹지 못했거든요. 1944~45년에 봉쇄가 일어났기 때문에 굉장히 먹기가 힘들었어요, 여러 가지 영양소를 제대로 못 먹은 거죠. 그래서 그 때 태어난 아이들이 남자 키가 160cm 후반 이 정도였어요. 네덜란드 사람들이 원래 굉장히 체구가 큰 사람들이니까 그 정도는 키가 작은 편이라네요. 그거는 못 먹어서 못 자라니까 그렇다고 생각을 했는데, 실제적으로는 태아 때에 못 먹은 거의 효과가 가장 컸던 것으로 나타났어요. 또 그 사람들이 얘를 낳았는데도 후손도 그리 크지 않더라. 그래서 결국에 먹는 게 성장에 영향을 주고 그 성장에 영향을 준 것이 다음 세대에도 전해졌다, 근데 그것이 통상의 유전학적인 요소는 아닌 것 같다 하는 거거든요.



못 먹어서 그렇게 키가 크지 않았다는 것은 어떻게 입증을 했나요?


못 먹은 아이들한테 나이 차가 죽 나타나겠지요. 태아 때 못 먹은 얘들도 있고, 두 살 때 못 먹은 아이, 다섯 살 때 못 먹은 아이도 있겠고, 죽 비교하니까 특히 태아 때에 못 먹은 아이들한테 그렇게 효과가 나타나더라 하는 거예요.



조사하고 통계를 내어 보니까 그렇다는 말씀...


그렇죠. 그런데 그런 조사결과만 있으면 후성유전학 얘기를 못하는데, 그런 환경을 쥐에다가 실험을 했는데... 그 실험의 핵심은 이거예요. 유전적으로는 동일한 쥐를 대상으로 실험합니다. 그런 쥐 몇 쌍이 임신했을 때에 먹이를 다 다르게 줍니다. 그러다 새끼를 낳으면 새끼는 똑같은 조건에서 키우는 거죠. 그러면 새끼는 똑같은 것을 먹으니까 당연히 똑같이 자라야 할텐데 그게 아니라 태아 때에 어떠한 상태에 있었느냐에 따라서 뚱뚱한 쥐, 당뇨에 걸리는 쥐가 나오더라 그겁니다. 또 그 쥐를 짝짓기해 새끼를 낳게 해서 관찰했더니... 마찬가지로 다 동일한 조건이에요. 동일한 음식을 먹고... 그런데 그 영향이 다음 세대에 가고 그래서 두세 세대는 가더라는 거죠. 물론 계속 똑같은 것을 먹으면 몇 세대 지나 회복해서 비슷해진다, 그런 실험을 하니까 그게 에피게놈의 영향이라는 게 밝혀진 거고요. 쥐 실험을 하면서 엽산이라든지 뭐 그런 것을 보조적으로 주고... 후성유전이라는 게 엽산의 메틸기에 의해 좌우된다고 말씀드렸잖아요. 그 때문에...



엽산에 메틸기가 많나보죠?


엽산에 메틸기가 제일 많아요. 그래서 그걸로 통제(control) 실험을 할 수 있으니까 쥐 실험에서, 이게(엽산/메틸기)가 원인이다 그걸 밝혀낼 수 있었던 거고요. 그다음에 이 실험에서 한 것은 ‘왜 태아 때에 효과가 가장 강하냐’ 그걸 관찰한 거예요. 태아 때에 메틸기의 환경이 태아 유전자의 에피게놈(후성유전물질)을 결정하는 데 가장 큰 영향을 주는 것 같더라. 그래서 태어나서 잘 먹고 못 먹는 것도 영향을 받지만, 어미 뱃속에 있을 때에 못 먹는 경험이 각인되면 주위환경이 항상 그렇게 없는 걸로 생각해서 아마 더 먹는 것 같더라... 거기엔 여러 가지 학설이 있겠지만 그런 식으로 더 비만해지더라.. 그런데 그러한 후성유전물질의 패턴이 결정되는 게 태아 때에 발생을 하는 과정이니까, 그 초기 발생 과정에서 가장 큰 영향을 미치더라, 하는 거예요. 그건 개념적으로 어렵지 않은 거예요. 처음에 하나의 세포가 분열해 성체가 되는데 아무래도 초기에 모든 것을 결정하고 만들어가는 과정에서 그 후성유전물질의 영향을 훨씬 더 받을 수 있다는 거겠지요. 완전히 성체가 되면 나름대로 시스템이 다 갖춰지는 상황이니까.



그러면 음식을 어떤 걸 주의해야 한다, 그런 데까지 연구성과가 나아가 있습니까?


그런 데까지는 아직... 그런 것은 어렵고요. 다만 굉장히 영양 상태가 안 좋아진다든지 아니면 뭐를 과도하게 섭취한다든지 아니면 예를 들어서 대사에 악영향을 줄 수 있는 여러 가지 환경 호르몬 그런 것들을 먹는다든지 약(드럭)에 노출돼서 이러한 영향을 받는다든지 하면 문제가 생기겠지요. 지금은 그런 정도이고요.




# 2. “후성유전물질 메틸기의 패턴은 세포의 역사기록”



그 메카니즘은 다 규명된 건 아니겠지요... 음식을 먹었을 때에 그게 어떤 분자생물학적 과정을 거쳐서...


메카니즘은... 에피게놈 변형에 들어가는 메틸기(주요한 후성유전물질)라는 게 대부분 엽산에서 만들어지고요. 그러니까 엽산이 가장 중요한 매개체예요. ... 좀 더 복잡하게 말하면 대사중간물질도 있는데, 이런 것들이 결과적으로는 메틸레이션에 대한 기질로 작용하는 거고요. 그게 많아지니까 효소가 얘를 갖다가 (디엔에이의 어느 분위에) 메틸레이션 시키는 걸 좀 더 쉽게 할 수 있지 않는가 하는... [효소가 메틸기를 디엔에이에 갖다 붙이는군요...] 네, 효소는 지금 세 가지가 밝혀져 있어요. 어떤 것은 유지(maintenance) 기능을 합니다. 지난번에도 말씀드렸지만, DNA가 복제될 때에 염기서열도 복사하지만 (메틸기가 디엔에이 특정 부위에 달라붙은) 메틸레이션이 돼 있으면 메틸레이션도 복사해야 하니까 그런 유지 기능을 하는 효소도 있고... 다른 하나는 메틸레이션이 안 돼 있는 곳에 새로 메틸레이션을 하는 그런 효소도 있겠죠. 그런 게 있다는 정도는 알려져 있는데 다만 새로 메틸레이션을 하는 효소들은 도대체 뭘로 인지해서 그런 기능을 하느냐 그건 아주 복잡해 학문적 관심의 대상이 되는 거고요. 



메틸기를 디엔에이에서 떨어뜨리는 효소도 당연히 있겠지요?


네. 메틸레이션을 지우는 메카니즘에 대해서도 여러 가지가 밝혀지고 있어요.



특정 효소가 몸에 생긴 메틸기를 갖다가 디엔에이의 특정 부위에 붙여 어떤 패턴을 만들고, 그래서 피부세포나 뇌세포나 모든 세포들마다 DNA는 동일해도 메틸레이션 패턴은 달라지는 것인데, 말씀하신 그 메커니즘은 아직 충분히 규명되지는 않은 것 같은데요... 


네, 아직 충분히 모르는데... 처음에는 줄기세포에는 메틸레이션이 거의 안 돼 있다가, 줄기세포가 점점 세포 분화하면서 이런 세포에는 이런 식으로 메틸레이션 패턴을 붙이고 저런 세포에는 저런 식으로 메틸레이션 패턴을 붙이고... 그러면 마치 종이 접기를 하는 것처럼 처음에 종이를 한번 접었는데, 그 다음에 세포가 또 분열되면 이미 접혀진 패턴에다가 또 조금씩 새로 수정(modification)을 하고 또 결과적으로는 세포가 분열해 한 개가 천 개가 되면 천 개의 세포가 다 다르게 메틸레이션 패턴을 갖게 될 거 아니에요. 그런데 그 패턴이 제멋대로(랜덤하게) 생기는 게 아니라 일종의 ‘가계’가 있다는 거예요. 그게 뭐냐 하면...



아, 세포 하나의 메틸레이션 패턴을 살펴보면 그것의 계통, 혈통을 알수 있다는 거네요.


그렇지요. 세포 분열할 때에 하나에서는 가로로 접고, 다른 하나에서는 세로로 접고, 또 그 다음에 여기에서 다시 분열할 때에는 가로로 접은 데에서 어떻게 하는 거고, 다른 쪽에서는 세로로 접은 데에서 어떻게 하고 그런 거잖아요.



세포에도 역사 기록이 담기는 셈이네요.


결과적으로 그런 식으로...



물론 ‘접는다’는 말씀은 비유인 거죠?


네. 어쨌든 큰 틀에서는 그러한 형태다, 이런 얘기이지요.




# 3. “줄기세포와 성체세포의 차이는 메틸기 패턴 차이” 



줄기세포도 후성유전학에서 상당히 많이 도움이 되겠네요.


이런 관점에서 보면 되는데요.. 줄기세포가 정확히 어떤 상태냐 확인을 하려면 에피게놈의 패턴이 뭐다 확실하게 얘기해줄 수 있어야 해요. 그런데 지금은 그게 아니라 세포를 현미경으로 보면서 줄기세포의 특성을 구분하는 정도이지요. (후성유전학에서 보면) 줄기세포에서 핵심은 뭐냐 하면, 이런 에피게놈의 패턴을 저런 에피게놈의 패턴으로 바꾸는 것이거든요. 지금은 4개의 유전자 전사인자를 어떤 세포에 집어넣었더니 그것이 줄기세포가 됐다는 얘기는 뭐냐 하면 어떤 세포에다 어떤 전사인자를 넣었더니 그 전사인자가 성체세포의 에피게놈 패턴을 줄기세포의 에피게놈 패턴으로 만든다 하는 얘기거든요, 메커니즘이... 아까 무엇 때문에 효소가 이런 DNA 메틸레이션을 일으키는지 잘 모른다고 말씀드렸잖아요, 결국에는 줄기세포에서 연구되는 분야가 이런 문제에 연관돼 있는 것이지요.



그러면 후성유전학자 중에서 줄기세포 연구하는 사람도 꽤 많겠네요?


꽤 있지요.



이게 굉장히 근본적인 연구일 수도 있겠네요.


게노믹스(유전체학) 다음에 에피게노믹스(후성유전학)로 나아갈 수밖에 없다는 게 그러한 이유 때문에...



00(옆 그림을 그리며) 설명해주신 것을 그림으로 그리면 줄기세포 1세대가 이렇게 분화해 가는 거잖아요. 이게 다 DNA는 동일한 거죠? [그렇죠] 달라지는 건 메틸기 패턴이고 그것이 이렇게 달라지는 것인데. 여기서 이렇게 생긴 데에서 이렇게 생기고.... 이렇게 생긴 데에서 다시 이렇게 생기고. 이렇게 생긴 데에서는 다시 이렇게 생기고... [네] 그러면 세포 분화라는 것은, 후성유전학의 언어로 얘기할 때에 세포분화란 점점 더 세분화되는 메틸화 패턴의 과정이다, 뭐 그렇게 얘기할 수 있는 거네요.


그렇게도 얘기할 수도 있지요. ...그러니까 후성유전이라는 게 메틸레이션에 의해서만 일어나는 게 아니기 때문에 그렇게 얘기하는 게 약간의 오류는 있지만, 뭐 세포분화 과정에 세분화되는 메틸레이션 패턴이 일어나고 걔가 세포분화를 상당부분 결정한다고 이렇게 얘기해도...



후성유전학의 중요한 인자인 메틸기의 측면에서 볼 때에 세포분화란 그렇게 얘기할 수 있는 거네요.
 
 
 

# 4. “생식세포에선 메틸기 초기화...그러나 안 지우는 것도 있다”



네...그렇기 때문에... 사람으로 얘기하면 사람이 성체가 되어 살다가 다음 자손을 만들어내려면 생식세포들을 만들어야 할 거 아니에요. 생식세포(정자, 난자)에서는 이런 패턴이 어떻게 돼야겠어요. 다 지워져요. 다 지워져서 생식세포를 만들 때에는... 그 메커니즘은 아직 잘 몰라요. 그런데 메틸 패턴이 다 지워진다 그렇게 알고 있었는데, 근데 100% 지워지지는 않아요. 그게 후성유전에 관련된 개념일 수 있는데 그게 뭐냐면 '임프린팅(imprinting)'이라는 개념과 연계가 되는 거예요. 그러니까 다 지우는데 0.1%가 되는지 1%가 되는지 모르는데 조금을 안 지워요.



안 지우는 겁니까, 안 지워지는 겁니까?


00KYJ » 김영준 교수. 한겨레 자료사진

안 지우는 거 같아요. 자연이 선택(selection) 한 거니까 필요가 있다면 다 지우겠죠. 안 지우는데 정자에서 안 지우는 것과 난자에서 안 지우는 게 약간 차이가 나요. 그래서 어떤 현상이 일어나느냐 하면... 사자와 호랑이 교배하면 타이곤이나 라이거 나오잖아요. 라이거는 많이 들어보셨을 거예요 사자나 호랑이보다도 엄청 커요, 2배만 해요. 근데 타이곤은 개보다 약간 큰 정도밖에 안 나와요. 그게 뭐냐면... 라이거나 타이곤이나 둘 다 (엄마 아빠한테서 유전자가) 반반씩 오는 거잖아요. 다만 뭐가 엄마에서 왔느냐만 다르다는 말이에요. 근데 (기존의) 유전학의 개념으로 생각하면 동일해야 된다고요. 왜냐면 유전자는 각각 반반이 왔으니까, 하나가 엄마에서 왔건 아빠에서 왔건 동일하게 반이 온 것이기 때문에 같아야 되는데. 그게 다른 이유가 결과적으로는 정자와 난자에서 임프린팅이 다르기 때문에 사자에서 정자로 주는 것(컨트리뷰션)과 난자로 주는 것(컨트리뷰션)이 차이가 나거든요. 그걸 “임프린팅”이라고 해요.


그 다음에 또 다른 개념은 뭐냐 하면, 사람한테 주로 있는데... 태아가 자라게 하는 성장 호르몬을 만드는 유전자가 있어요. 그런데 그 유전자는 난자에도 있고 정자에도 있겠지요. 근데 난자에 있는 유전자는 DNA가 멀쩡한데 (다만) 메틸레이션이 되어 있어서 얘가 발현이 안 돼요, 그런데 정자에 있는 것은 발현이 되요. 유전의 법칙에서는 유전자를 두 개를 받으니까 여태까지 우리가 배운 것은 두 개 다 망가지지 않으면 돌연변이가 대부분은 어떤 병을 만들지는 않죠. 둘 중에 하나라도 기능을 하니까. 그런데 이 성장 호르몬에 관련된 유전자는, 예를 들어서 아버지에서는 그것이 하나는 돌연변이이고 하나는 정상을 가지고 있었어요, 그러면 그 사람은 어른으로 살아가는 데에는 둘 중 하나가 정상적으로 작용하니까 아무 문제가 없지요. 근데 이 사람이 정자를 만들 때에 두 가지를 만들겠지요. 하나는 망가진 돌연변이를 가진, 그런 성장 호르몬을 가진 정자를 만들고, 하나는 정상적인 것을 지닌 정자를 만들고. 왜냐면 정자라는 것은 두 가지 유전자 중에서 하나씩만 갖게 나누는 과정이니까요. 근데 엄마는 정상이라서 둘 다 정상적으로 난자를 만든다고 생각해보죠.


이런 난자와 정자가 수정을 할 때에 정상적인 유전자를 갖고 있는 정자일 때에는 아무런 문제가 없지만 비정상적인 유전자를 갖고 있는 정자일 때에는 수정이 됐을 때 그 태아가... 결과적으로는 엄마가 정상이었기 때문에 유전적으로 아무 문제가 없을 것으로 생각이 되는데... 태아가 죽어요. 죽는 이유는 엄마는 정상적 유전자를 갖고 있다 하더라도 난자에서는 그것이 후성유전학적으로 안 지워져서 메틸레이션이 됐기 때문에 그게 발현이 안 된다는 거예요. 그래서 마치 돌연변이인 것처럼... 그래서... 태아가 죽게 되는거죠.



난자에서는 항상 그렇습니까?


네.. 난자에서는... 제가 예를 든 성장 호르몬에서는. 모든 여자에서... 그 이유가 뭐냐면 포유류에서만 나타나는 현상인데요. 포유류에서는 여자는 태아가 너무 커지면 자기가 살아가는 데 어렵잖아요. 그러니까 될 수 있으면 억제하려고 그러한 성장호르몬 유전자를 망가뜨리는 그런 식으로 되고 [태어난 뒤에는... ] 태어난 뒤에는 틀리겠지요. 남자의 경우에는 어쨌든 자신의 자손이 무조건 잘 자라고 잘 커야 하니까 그거에 대한 고려가 하나도 없이 그렇게 작용하는 것이에요. 그래서 임프린팅에서 가장 대표적으로 연구되는 그런 분야인데 그것이 포유류라는 특수상황 때문에 나타난 것이고...


여기에서 설명하려고 하는 것은 그냥 유전의 법칙이라면 아까 사자와 호랑이를 (교배)했을 때와 당나귀의 (교배)케이스처럼 어쨌든 정자가 뭐냐에 따라서 이게 바뀌는 데 그게 설명이 안 되고 이런 경우에도 어쨌든 두 개 중 하나에 정상적인 유전자가 있는데도 그 비정상적인 유전자가 아버지로부터 왔을 경우에는 태아가 죽는 거잖아요. 근데 거꾸로 엄마가 비정상적인 돌연변이 유전자를 갖고 있고 아빠가 정상일 때에는 전혀 문제가 되지 않는 거예요. 왜냐면 비정상적인 게 왔다 하더라도 그건 어차피 난자에서는 메틸레이션 되어서 기능을 하지 않을 테니까요.



태아의 성장 호르몬은 아빠 거에 의해서 좌우되는 거네요... [그렇지요.] 근데 유전학에서도 여자의 성장 호르몬 유전자가 태아 시기에는 그냥 ‘오프’ 돼 있다, 이렇게 설명하면 되는 거 아닌가요?


그러니까 결과적으로는 시기에는 호르몬에 의해서 물론 여러 가지 조절이 들어가겠지요. 그런데 여기에서 얘기하는 것은 난자가 그 유전자를 가지고 있었느냐 정자가 그 유전자를 가지고 있었느냐 즉 난자와 정자 상태에서 이미 유전자가 여기에서는 억제돼 있고 여기에서는 억제 안 돼 있고 그런 게 결정돼 있다는 것이고요. 그것이 결정되는 방식이 DNA 메틸레이션, 후성유전학적으로 결정이 된다는 것이고. 그렇게 결정되는 이유는 정자나 난자나 이런 에피게놈을 이게 다 지워져야 하는데 대부분은 다 지우지만 이런 것들은 목적을 갖고 안 지운다...



아, 다 지워야 하는데 다 지워지는 게 아니다, 이런 걸 입증한다는 의미이군요.


네. 이런 목적으로 안 지워지고. 결과적으로는 이런 에피게놈이 유전자의 기능이라든지... 결과적으로 중요한 영향을 준다는 것이 임프린팅의 영역이 돼요.
 

 
 
 
# 5. 후성유전학의 관점에서 본 마음과 정신질환의 문제



다른 질문 드릴게요... 후성유전학은 ‘마음’이나 '정신'의 문제까지 다룰 수 있는지 궁금합니다. epigenome.eu에 소개된 한 연구논문을 보면 신경과학에서 마음의 특정 패턴을 후성유전학으로 설명하려는 노력이 있는 것 같습니다. 신경세포에 나타나는 유전성 메틸기 패턴으로 설명이 되는 것인지요? 이런 설명은 어떻게 가능한 것인지요? 어린 시절의 학대나 이런 게 에피게놈에도 영향을 준다 이런 연구들도 있던데 어느 정도까지 이 분야에서 다뤄지고 있어요. 마음 문제, 신경과학의 문제가 이 분야에서...


그 분야에서도 상당히 많이 연구하고 있어요. 예를 들어 실험쥐에다 학습을 시키고 안 시키고 한 상태에서 학습에 관련되는 실험쥐의 뇌 부분을 뜯어 DNA 메틸레이션의 패턴을 조사해보면 이런저런 차이가 나타난다 이런 연구도 이뤄지고 있고요. 그 다음에 자살하는 사람들한테서 감정에 관련된 부분의 조직을 받아서 감성 그런 데에 영향을 준다고 이미 알려진 호르몬의 수용체 그런 부분을 조사했더니 어렸을 때에 학대를 받은 사람들한테서 의미 있게 안 그런 사람들과 메틸레이션 패턴에서 차이가 많이 났다 그런 연구도 있고요.


또 자폐증의 하나의 원인은 또 DNA 메틸레이션에 작용하는 단백질이 망가졌더니 결과적으로는 대부분 자폐증 환자에서 DNA 메틸레이션에 가서 붙는 단백질에 돌연변이가 있는 것을 찾아냈다 그런 연구도 많이 되고 있어요. 그래서 DNA 메틸레이션, 에피게놈 그런 것들이 신경의 발달, 행동(behavior), 이런 데에 영향을 준다 하는 것은 실험적으로 상당히 많이 증명됐는데... 그러면 어떠한 DNA 메틸레이션의 변화가 정확하게 어떤 행동과 연관이 되는 건지 그런 것은 아직, 굉장히 복잡하기 때문에 모르죠.



얘기를 듣다보면 아직까지는 후성유전학이 시작 단계이고, 어떤 인풋(input)이 있을 때에 아웃풋(output)이, 달리 설명할 길이 없는 현상들이 관찰되고, 그리고 그 중간에 (우리가 모르는) 블랙박스가 있고 물론 그 블랙박스의 일부는 규명되고 약간은 들여다볼 수도 있는데 아직 명쾌하게 다 규명이 된 것은 아니고...[네, 시작 단계이니까]... 그러니까 어떤 환경이나 어떤 조건, 어떤 학대, 환경이 주어졌을 때에 특정한 결과가 나오고 그때에 메틸기나 후성유전학적 요인들이 거기에서 영향을 준다는 단서들도 많이 나와 있는데 그 자체가 명확하게 규명이 된 것은 아닌...


네... 그렇게 보시면 됩니다. 그렇기 때문에 이 분야가 앞으로 많이 연구를 해야 하는 거죠.
 

 
 
# 6. "유전은 게놈에서만 일어나는 게 아니다"



스몰RNA, 간섭RNA 뭐 이런 것도 후성유전물질로 취급되는 건가요? 거기에는 너무 또 영역이 커서 독립 분야이기도 한데.


후성유전이라는 것은... 스몰RNA를 후성유전물질이라고는 일반적으로 얘기는 안 해요. 그런데 스몰RNA가 그러한 DNA 메틸레이션이 어느 부분에 특정하게 일어나게 유도하는 물질로 작용해요. 모든 게 그런 건 아니지만요. 우리 염색체 중에 보면 어떤 부분은 헤테로크로마틴이라고 해서 단단하게 패키징 돼 있는 부분이 있잖아요. 이 부분에 뭐들이 많으냐 하면 그런 스몰RNA를 만들어내는 부위가 굉장히 많아요. 그래서 지금까지 밝혀진 게, 이 부위에서 스몰RNA가 만들어지면 이 스몰RNA가 이 부분에 다시 가서 자기와 똑같은 시퀀스 만들어진 데에 붙으면서 DNA 메틸레이션이라든지 히스톤 모티피케이션 같은 에피게놈 패턴을 거기에 유도할 수 있는 그러한 기작을 동원하더라 하는 것까지는 밝혀졌어요. 그래서 스몰RNA가 에피게놈과 연관되어 얘기될 때에는 결과적으로는 그런 내용이 있는 거죠. [관여하는 정도로..] 네 관여하는 것이죠.


또 에피게놈 패턴을 줄기세포에서 유도하는 전사인자도 있지요. DNA 메틸레이션이 일어나는데 도대체 여기에 누가 일어나게 하느냐. 거기에 지금 말한 것처럼 스몰RNA가 먼저 와서 야 여기 와서 해라 하는 역할을 하기도 한다는 거예요. 그리고 전사인자도 특정한 경우에서는 내가 여기에 와 있으니까 여기에 와서 DNA 메틸레이션을 시켜라 하는 것이고... 전사인자, 스몰RNA, 그것들의 역할이라는 것이죠. 그런데 전사인자를 우리가 에피게놈 팩터라고 말하지 않거든요. 마찬가지로 스몰RNA도 에피게놈 팩터라고 하기보다는 그냥 조절자의 개념이라고 보고요.



간섭RNA는 어떻습니까?


간섭RNA는 만들어진 RNA에 이것이 단백질로 만들어지지 못하게 간섭하는 거잖아요. 그러니까 그건 후성유전학의 개념이 아니라 세포학적인 개념이라고 해야 하겠지요.



이거는 유전이 되지 않습니까? 간섭RNA는...


간섭RNA가 유전이 되는 것은... 이런 경우가 있어요... 난자 안에 간섭RNA, 스몰RNA가 있을 거 아니에요, 핵 말고 세포질 안에... 즉 그것을 ‘머터널 이팩트(모계 영향: maternal effect)’라고 하는데... 어미가 난자를 만들 때에 DNA만 집어넣는 게 아니라 거기에 DNA가 수정이 되었을 경우에 세포분열도 하고 살아갈 수 있도록 여러 가지 효소도 집어넣고 스몰RNA도 집어넣고 많이 집어넣을 거 아니에요. 그럴 경우에는 유전이 된 거죠. 그런데 그것은 세포질 유전의 개념이죠. 후성유전이 아니라.



처음 말씀을 나누었을 때의 후성유전 개념으로 봤을 때에는 DNA 변화 없이도 표현형의 차이가 발생하고 그게 유전될 수 있을 때에 그것을 에피게놈이라고 한다면,.. 물론 에피게놈(epi-genome) 어원 자체가 ‘게놈 위에 붙어 있는 것’을 뜻하는 것이지만...


네, 일반적으로 그렇게 한정해서 얘기한다는 거죠..



근데 기능적으로 봐서는 간섭RNA도 그런 기능을 일부 할 수도 있고...


일부를 할 수는 있지만 그런 경우는 특수한 경우이고 그것의 고유한 기능은 아니지요. ‘머터널 이팩트’는 일반적인... 예를 들어서 미토콘드리아는 난자에서만 제공이 되잖아요. 모계로만 내려오거든요. 그런 것은 또 모계 유전에 따른 영역이고, 또 세포질 유전이라는 영역이 또 있는 것이고. 거기에 또 에피게놈이 있는 거고. 그러니까 일반적인 멘델의 유전 법칙이 전체적인 유전의 법칙에서 40%다 그러면 에피게놈이 50-60%다, 나머지 10%는 세포질 유전, 미토콘드리아 유전, 그런 거예요. 대략해서 퍼센트를 말씀드리면....



유전이 다양한 경로로 이뤄지는 거군요.
 

그렇지요.
 
 

 

# 7. "게놈의 전략적 수정, 에피게놈의 전술적 적응, 그리고 진화”



(후성유전학은) 진화를 어떻게 설명할 수 있나요? 진화론의 자연선택이론은 자연 환경의 변화가 잘 적응하는 돌연변이들이 자연에서 선택되어 살아남음으로써 진화가 일정한 패턴으로 나아간다는 것으로 요약할 수 있겠는데요, 후성유전학은 이런 진화론을 어떻게 설명할 수 있는지요? 자연에서 선택된 돌연변이는 흔히 DNA 염기서열의 돌연변이를 뜻하고 있는데, 후성유전학에서는 DNA 염기서열 변화 없이 나타나는 표현형 차이가 유전되는 현상을 말하고 있습니다. 그것은 진화 과정에 어떻게 관여합니까?

 

지금까지 대부분 진화와 관련하는 연구들(유전체학, 고고유전체학, 유전체인류학 등)은 이런 DNA 염기서열에 나타난 돌연변이의 차이를 강조하고 있으며 또한 추론의 주요한 논거로 사용하고 있는데요, 후성유전물질이 DNA 변화 없이도 유전된다는 점은 이와 관련해 어떻게 이해해야 할까요. 즉, 진화의 동력을 DNA 염기서열의 실질적 돌연변이 변화를 의미한다고 볼 때에 후성유전학은 진화이론과 어떤 관련이 있는지요?


진화는 아마 그때도 말씀드린 것 같은데... 진화는 실제적으로 선택(selection)에 의해서 되는 거잖아요. 그러니까.. 자연선택에서
 


에피게놈의 요인이 작용해 선택되더라도 그것은 긴 세대에 걸쳐 유전이 안 되잖아요.


그렇지요. 그러니까 ...에피게놈이라는 것은 환경에 의해 항상 변할 수 있는 가변적인 것이거든요. 결과적으로는 어떤 컨디션, 환경이라는 것이 가변적이지 않게 되면 에피게놈으로 유지하는 게 필요 없게 되겠지요. 즉 뭐냐 하면 돌연변이에 의한 변이와 에피게놈에 의한 환경적응은 동시에 일어나고 있는 거예요. 그런데 결과적으로는 돌연변이에 의한 것은 전세계에서 상당히 많이는 일어나고 있지만 굉장히 드문(rare) 것이잖아요. 상당히 천천히 드물게 일어나는 것이고. [게놈에서요...] 네 게놈에서.. 유전자가 바뀐다는 것은... 바이러스의 경우에는 빠르게 일어나는 것이고 일반적으로 100년이 지난다고 해서 우리 사람 유전자가 달라지는 게 아니잖아요. 적어도 1000년 만년, 몇 백만 년 수준의 얘기를 하고 있는 거고... 에피게놈은 그게 아니라 굉장히 빠르게 일어나는 거죠. 즉각적으로 환경에 대해서 변화하는 것이고... 그러니까 환경의 변화가 왔다면... [세대 수준에서..] 세대가 아니라 당장 지금이라도 하루만에 일어날 수 있는 게 에피게놈 체인지가 되어야겠지요.


그런데 이런 변화가 환경에 적응할 수 있도록 제공하는데 그런데 이 환경이 이제 없어지면, 이 돌연변이에 의해서 거기에 적당한 것이 오기 전에 없어졌으니까 결과적으로는 진화에서 있었는지 없었는지도 모르고 그냥 지나가겠지요. 그런데 이 환경이 굉장히 오래 지속이 돼요, 그러면 에피게놈도 계속 있다 보면 결과적으로 여기에서 돌연변이가 와서, 에피게놈이 굳이 없어도 되는 변이가 나오겠지요. 그러면 이 생명체는 굳이 귀찮게 유지하려고 에피게놈을 막 할 필요가 없어지지 않겠어요. 자연스럽게 이거의 역할이 그 때에는 점점 없어지면서 그렇게 가게 될 거예요.


그러니까 시간적으로 진화, 그러니까 유전자에 의한 진화는 상당히 오래 걸리는 것이고 그런 진화가 일단 이뤄지면 빨리빨리 바뀌는 에피게놈들이 거기에서 굳이 계속 할 역할이 없는 것이죠. 그러니까 변이가 발생하지 않은 때에는 에피게놈의 역할이 굉장히 중요한 것이고요. 그런데 100만년 지나건 아니건 우연에 의해 빨리 왔건 변이가 결정이 되어버리면 에피게놈이 더 이상 할 필요가 없어지는 그러한 것이 진화로 보면, 아 그러면 에피게놈이 어떻게 작용하겠는가 그런 거를 이해를 할 수 있는 거지요.



목적론으로 생명현상을 설명할 수 없지만 환경에 적응하는 생물유기체의 장기전략, 단기전략 뭐 이런 걸로 이해할 수도...


뭐 그렇게 볼 수도 있겠지요.



그러니까 청사진 문서상에서 전략을 수정하느냐, 아니면 그때그때 전략을 담은 책을 가지고 하되 내가 행동하면서 임기응변으로 대응하느냐 뭐 이런 차이일 수도 있고요.


네, 그럴 수도 있겠고요... 그러니까 이것은 내가 의도로 바뀔 수 있는 게 아니라 우연에 의해서 그런 돌연변이든 뭔가가 와야 되는 것이고. 에피게놈은 내 필요에 의해서 내가 내 몸을 적응해서 거기에다 맞추는 것이고.



보통 진화론의 분자유전학적인 설명들에서는, 그런 그림에서는, 아직 후성유전학의 이런 개념들이 들어가서 같이 종합적으로 설명이 되는 그런 그림은 아직 많이 퍼져 있지 않잖아요.


그런 개념이... 다윈의 개념을 보더라도 그런 것을 다 설명될 수 있다고 봅니다.



# 8. “유전자가 생명의 운명을 다 결정하진 않는다”



예... 중요한 데 제가 질문하지 못한 게 혹시 있나요?


음... 그러니까 결국에 컨셉이 가장 중요한 것 같아요. 즉 뭐냐 하면 이것은 가역적인 영역이고 그래서 뭔가 잘못됐을 경우에 얼마든지 고칠 수가 있고 잘못되지 않게 예방의 개념을 할 수가 있고... 그리고 실제로는 환경이냐 아니면 유전이냐 그런 것에서 유전이 제공하는 것보다 이 환경이 제공하는 영향이 더 클 수 있다 그렇게 얘기할 수 있다는 것이죠. 이것은 꼭 사이언스보다는 일반에서 생명을 보는 그런 태도에서, 환경의 영향이 훨씬 더 클 수 있다, 그렇기 때문에 보다 좋은 환경을... 결과적으로는 히틀러의 우생학이 잘못됐다고 얘기하는 근거라고 말할 수 있는 거죠.


결과적으로는 이런 환경의 영향이 더 크고 그래서 사회적으로는 더 좋은 환경을 만들기 위해서 노력을 해야 하고 아픈 사람들한테는 희망을 줄 수 있는 학문적인 영역이다. 유전병이다 하면 어떻게 할 방법이 없는 거 아니에요. 그 사람은 유전병을 태어났고, 그것을 유전자 치료 한다지만, 유전자 치료도 (현재로선) 거의 불가능한 것이고 그런 것에 비해서 이러한 것은 과학이 일반 사회에 상당히 포지티프한 메시지를 줄 수 있는 영역이 아니겠는가 그렇게 생각하는...



그런데 이게 잘못 이해하면, 헛된 희망이 될 수도 있잖아요.


아... 노화를 없앤다는 거나 그런 것을 하지는 못하겠지요. 아무래도...




이게 과장이 되면 메틸레이션 하나로 세포를 젊게 할 수도 있다고...


그건 어느 정도 가능은 할 거예요. 음... 그런데 전반적으로는 자연은 선택을 한다고 말씀드렸잖아요. 그러니까 우리가 늙고 죽고 그 다음에 자식을 통해서 세대를 바꿔가는 이유가 결과적으로는 그것이 가장 최적의 생명 존속 현상이기 때문에 그런 것이거든요. 그러니까 아무리 자동차를 잘 유지하고 잘 고치고 한다 하더라도 모든 소재나 디자인이 갖고 있는 내구성이라는 것은 분명히 있는 것이고요. 그걸 계속 바꿔서 해결할 수는 없다는 것은 인정을 해야 할 것 같아요. 그런 상태에서 우리가 어느 정도는 수정하는 게 가능을 할 거예요.



텔로미어로 불리는 염색체 말단 부위가 짧아지면 수명이 다 한다는, 수명은 이미 프로그램 되어 있다는 학설도...


자동차가 있는데 자동차의 바퀴가 차를 너무 많이 타서 점점 얇아져 터질 것 같다면, 사고가 나서 그런 것이면 상관없겠지만, 바퀴만 바꾼다고 되겠어요? 엔진은 괜찮겠으며... 이런 얘기를 할 수밖에 없는 거죠. 그러니까 아스팔트가 아니라 자갈길에서 타서 바퀴만 그렇게 됐다 하면 우리가 이런 원리를 알기 때문에 바퀴를 보강할 수 있는 솔루션은 제공할 수 있지만 그렇다고 해서 자동차를 100년, 200년 쓸 수 있게 하는 솔루션은 되지 않는다. 그런 얘기고요.


지식이 늘면서 엔진도 고치지 뭐 할 수도 있겠지만 궁극적으로는 세포의 노화에서 오는 것은 그 품성과 같은 거라고 생각해요. 그러니까 세포는 수백만 년 이상 가장 최적의 상태로 진화한 것이라 어느 하나를 (수정)한다고 해서 될 수 있는 것은 아니겠지요.



네... 좀 더 정리해서 다음에 최종 인터뷰를 하도록 하겠습니다.

 

 

 

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[인터뷰 최종기사] 게놈 유전의 밑그림에 세밀화 덧칠하는 에피게놈

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[관련] 에피게놈 실험실 직접 가보니

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[관련] 은유로 푸는 과학: 게놈, 에피게놈

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[2차 인터뷰 자료] 후성유전학은 진화를 어떻게 설명하나

http://scienceon.hani.co.kr/blog/archives/9325

  

[1차 인터뷰 자료] 후성유전학은 `생명 큰 물음' 도전중

http://scienceon.hani.co.kr/blog/archives/8473

 


 
 

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오철우 한겨레신문사 과학담당 기자, 사이언스온 운영
1990년 한겨레신문사에 입사해 편집부, 사회부, 문화부, 생활과학부 등을 거쳤으며 주로 과학담당 기자로 일했다. <과학의 수사학>, <과학의 언어>, <온도계의 철학> 등을 번역했으며, <갈릴레오의 두 우주체제에 관한 대화>를 썼다.
이메일 : cheolwoo@hani.co.kr      

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