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BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 21-18

유전자 편집기술 및 오가노이드를 활용한 진화유전학 연구 툴 및 플랫폼

◇ 최근 미국 캘리포니아 대학의 연구팀은 유전자 편집기술을 통해 현존 인류의 유전자(NOVA1)를 고대 변이(archaic variant)로 치환한 뇌 오가노이드(brain organoids)를 제작하여 인간 신경발달의 변화를 분석. 진화적으로 중요한 유전적 변이들을 연구할 수 있는 플랫폼으로 활용이 가능할 것으로 기대

▸주요 출처 : Science, Reintroduction of the archaic variant of NOVA1 in cortical organoids alters neurodevelopment, 2021.2.12

■ 네안데르탈인과 데니소바인, 그리고 현존하는 인류의 유전체 비교 분석을 통해 진화에 중요하게 작용하였을 현존 인류의 특이적 유전적 변이(genetic variants)를 확인

 ○ 네안데르탈인(Neanderthals)과 데니소바인(Denisovans)은 멸종된 혈통 중 현존 인류와 진화적 유사성이 가장 높아 인류 진화에 중요한 역할을 한 유전적 차이를 연구하기에 적합

- 1000 Genomes Project와 Simons Genome Diversity Project(SGDP)로부터 확인한 유전적 변이 비교 분석으로 현존 인류에 특이적으로 고정되어 있는 암호화 변이(coding variants) 61개를 발굴

○ 61개 암호화 변이 중 신경 발달 과정에서 시냅스 형성에 중요한 역할을 하는 유전자들의 master regulator인 NOVA1(Neuro-oncological ventral antigen 1)를 주목

- 인간에서 NOVA1의 활성 변화는 신경장애와 관련 있음이 알려져 있으며, 이는 신경 기능에서 NOVA1의 중요성을 시사하지만, 네안데르탈인, 데니소바인 유전체에서는 찾아볼 수 없는 것으로 조사

■ 위와 같은 인류의 진화유전학 연구에 유용하게 활용 가능한 연구 툴 및 분석 플랫폼이 개발

 ○ CRISPR-Cas9 유전자 편집기술과 인간 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPSCs) 관련기술을 융합하여 고대 인류 뇌의 일부 기능을 모사한 오가노이드를 제작

- 이를 통해 종의 진화에 중요한 역할을 한 유전자 변화를 연구하고, 표현형적 특성(phenotypic traits)을 분석할 수 있는 플랫폼을 제시

○ 미국 캘리포니아 대학 Alysson Muotri 연구팀은 현존 인류의 NOVA1 유전자를 네안데르탈인과 데니소바인에서 나타나는 고대 변이로 치환한 뒤, 뇌 오가노이드로 제작하여 신경발달 단계에서 아미노산의 변화가 미치는 영향을 연구

- 고대 변이를 도입으로 신경발달 및 성장, 시냅스 형성 관련 유전자들의 선택적 절단 후 접합(splicing) 변화를 확인할 수 있었고, 이는 오가노이드의 형태적 차이와 신경 네트워크 기능의 차이를 동반

○ 유전적 변화의 일부는 현존하는 인류와 멸종된 종들을 구별하는 표현형적 특성을 유발하였을 것이며,

- 위의 결과를 통해 현존 인류에서 고정된 NOVA1의 치환이 우리 종(species)의 진화에 기능적인 결과를 가져왔을 수 있을 것으로 예상

※ 연구결과는 Science지에 ‘Reintroduction of the archaic variant of NOVA1 in cortical organoids alters neurodevelopment’라는 제목으로 발표(2021.2.12.)

○ 이러한 연구방법은 현존 인류와 멸종된 종들을 구별 짓는 표현형적 특성의 기저에 존재하는 유전적 변화를 연구하는 진화유전학 연구의 플랫폼으로써 활용 가능할 것으로 기대

< 뇌 오가노이드에서 NOVA1 변이는 세포적/분자적/신경 네트워크 활성 특성에 영향 >

출처 : Science, Reintroduction of the archaic variant of NOVA1 in cortical organoids alters neurodevelopment. 2021.2.12.