바이오인

출처 : 한국보건산업진흥원

게놈연구 - 게놈 정보의 기능분석 동향

신희섭 / 포항공대 생명과학과 교수 

? ??1. ??서 론??

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?인체 유전체 연구는 ??2005??년까지를 기한으로 하여??, 1??단계의 유전적지도 작성??, 2??단계의 물리적지도 작성을 거 쳐서??, ??마지막 단계인 전체 유전체의 염기서열 결정을 목표로 시작되었다??. ??현재까지의 진행상황으로 보건 대??, ??본래의 목표를 기한 내에 달성하는 데에 별 무리가 없을 것으로 예측된다??. 1??단계와 ??2??단계의 목표가 본 래의 시간표 이내에 무난히 달성되었기 때문이다??. ??이제 마지막 단계의 목표를 위하여 전 유전체 연구 분야 가 매진하고 있다??. ??인체 유전체 연구의 최종 목표달성이 가시권 내에 들어오게 됨에 따라??, ??자연스럽게 제기되는 질문이??, ??「??그 다음엔 무엇을 할 것이냐?????」??이다??. ??이에 대한 답은 여러가지 일 수 있겠으나??, ??일단 유전체 연구의 최종결과 인??,??「??전체 유전체의 완전한 염기서열 결정??」??이 유전체의 ??「??구조적 규명??」??임을 생각할 때에??, ??그 다음에 할 일은 자연스럽게 이들 유전체의 ??「??기능적 규명??」??이 되겠다??.

??단일 유전자 또는 몇 개의 유전자의 기능을 밝 히는 연구는 현재까지도 계속되어 오고 있는 분자생물학??/??유전학의 주요 과제이다??. ??그러나 유전체 연구의 결 과를 바탕으로 할 때에 ??2005??년 이후의 유전체의 기능적 연구도 종래의 접근 방법과는 다른 모습으로 진행되 리라고 예측된다??. ??하지만 아직 그 단계가 도래하지 않은 상태에서 연구자들은 소위 기능적 유전체연구 ??(Functional Genomics)??를 나름대로 강구하기 시작하고 있다??. ??현재 진행되고 있는 기능적 유전체 연구를 크게 세 방향으로 나누어 볼 수 있을 것 같다??. ??첫째가 인체 질병 과 관련된 유전자를 동정하고 분리하는 작업이다??. ??이들의 연구 결과는 즉시 해당 질환의 진단에 이용할 수 가 있으며??, ??짧게는 그 질병의 발생기전을 규명하는 데에 중요한 기여를 하고??, ??길게는 치료 전략의 개발에 방향을 제시할 수 있게 된다??. ??둘째는 각 유전자들을 모델 생물의 생체내에서 조작하여 돌연변이나??, ??비정상 적인 발현을 유도함으로써 생체내에서의 기능을 규명하는 일이다??. ??유전자의 기능이 잘못되었을 때에 나타나 는 현상을 분석함으로써 그 유전자의 정상 개체에서의 기능을 밝히는 것은 유전학의 전통적인 접근방법이기도 하다??. ??

기능적 유전체 연구의 세번째 방향은 각 조직별??, ??세포별 유전자 발현의 양상을 총체적으로 파악하 고자 하는 노력이다??. ??이는 정상적인 발생과정이나 세포의 분화 단계??, ??질병의 발생 단계??, ??또는 특정 약물이 나 자극에 대한 반응 전후 등 다양한 상황에 따른 세포의 성상의 변화를??, ??단일의 또는 몇 개의 유전자만이 아닌 전체 유전자군의 발현양상의 변화의 결과로서 이해하고자 함이다??. ??이들 세가지 분야가 진행되고 있는 현황을 간략히 서술하고자 한다??. ?

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?2. ??연구개발현황??

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?가??. ??질병관련 유전자의 분리 유전체

연구의 직접적인 성과로서??, ??질병의 원인이 되는 유전자 발견을 들 수 있겠다??. ??종래에 분자 유전학 의 방법으로 질병 원인 유전자를 분리하고자 하는 연구는 유전자지도 작성??, ??큰 크기의 ??DNA??절편의 분리??, ??염 색체 ??Walking, ??발현 유전자 동정??, ??변이된 유전자 확인 등 실로 많은 노력과 돈과 시간이 드는 과정이었으 나??, ??유전체 연구의 결과로서 유전적지도와 물리적지도가 완성된 지금에 와서는 질병의 원인이 되는 유전적 인 요소가 염색체의 어느 위치에 있는지만 알면??, ??비교적 쉽게 해당되는 유전자를 정확히 클로닝해 낼 수 있 게 되었다??. ??

이에 따라 질병관련 유전자를 분리하는 일에 절실히 필요한 정보는 정확한 임상유전학의 연구결과가 되었다??. ??환자의 임상적인 진단과 함께 철저한 가족력의 분석을 통한 정확한 가계도??(Pedigree)??만 충분 히 확보되면??, ??이로부터 질병관련 유전자의 염색체 상의 위치를 정확하게 정할 수 있게 된다??. ??그 다음 단계 는 이미 완성된 유전적 및 물리적지도를 이용하여 해당되는 염색체 부위를 포함하고 있는 ??YAC ??또는 ??BAC ??클 론들을 선택하게 된다??. ??이들 클론은 이미 공공의 연구자료로서 최소한의 비용만 지급하면 구할 수가 있다??. ??이들 클론에 들어있는 유전자들을 분자 유전학의 제 기법을 이용하여 분석하여 질환관련 유전자를 동정??·??확 인하게 된다??. ??현재까지의 유전체 연구의 결과는 바로 해당 유전자를 포함하고 있는 ??YAC, BAC ??클론들에 도달 하는 과정을 대폭적으로 줄인 셈이다??. ??이에 덧붙여서??, ??유전체 연구로 인하여 훨씬 발달된 분자유전학의 제 기법들이 마지막 확인 단계에까지도 큰 기여를 하고 있음은 물론이다??.

1) ??절실히 필요한 임상과 기초의 공동연구 질병관련 유전자 분리는 수많은 연구 그룹에서 진행되고 있는 과제이나??, ??대개의 경우 여러 연구팀의 공동 노력을 필요로 한다??. ??특히 같은 종류의 질환을 가지고 있는 환자의 가계도가 많이 필요하기 때문에??, ??가능한 한 많은 임상 연구팀들의 참여가 있어야 하고??, ??또한 고도의 분자유전학 기술을 보유하고 있는 기초연구 그 룹의 역할이 필수적이다??. ??이를 위한 야심적인 국제 공동 연구프로그램이 지난해 ??5??월에 정식 발족되었다??. ??

미국 ??Havard??대학의 유전학 연구팀들과 중국의 ??6??개의 임상연구센터와의 공동 연구를 위하여 설립한 ??「??Program for Population Genetics??」??가 그것이다??. 20??억의 중국 인구를 대상으로 하기 때문에 풍부한 임상역학의 자료 를 얻을 수 있으므로 질병관련 가계도를 많이 확보할 수 있을 것이다??. ??이들은 복잡성 유전질환??(Complex Genetic Diseases)??을 탐색의 주요 대상으로 설정하였다??. ??예를들면 당뇨병??, ??고혈압??, ??비만??, ??조기발병하는 심 장질환??, ??관절염??, ??정신분열증 그리고 몇가지 감염질환 등이다??. ??표본이 크기 때문에 ??(20??억의 인구??), ??뚜렷한 효과를 보여주는 유전자 뿐 아니라 어떤 질환에 미약한 영향을 주는 유전적 요소까지도 찾아낼 수 있을 것 이다??. ??

예를 들어서??, ??당뇨병에 크게 또는 작게 영향을 주는 모든 유전자들을 확인하고 분석하게 되면??, ??궁극 적으로는 당 대사의 생화학적 및 생리학적 조절 과정의 종합적인 모습을 드러낼 수 있게 될 것이다??.

2) ??질병 유전자를 찾는 ??Biotech ??회사들 미국의 ??Rockefeller??대학의 ??J. Friedman ??그룹에서 비만증관련 유전자를 발견하여 기업체에 거액의 기술료를 받고 판 이후로??, ??질병 유전자를 탐색하는 연구는 그 결과가 의료 산업에 곧 연결될 수 있다는 가능성 때문 에 많은 기업체의 주요 연구개발과제로 진행되고 있다??. ??우선 유전자 자체가 질병의 진단시약으로 쓰일 수 있으며??, ??또한 치료제 및 치료기술 개발의 표적을 제시해 줄 수 있기 때문이다??. ??

미국 ??California??의 ??LaJolla ??에 있는 모험기업인 ??Sequana Therapeutics, Inc.??는 ??Positional Cloning ??기술을 이용한 질병 유전자 분리를 주요개발 목표로 삼고 설립되었을 정도이다??. ??비슷한 연구를 하는 회사들로서 ??Mercator Genetics, Inc., Millenium Pharmaceuticals, Spectra Biomedical, Myriad Genetics, Darwin Corporation ??등 많은 회사들이 활동하고 있고 또한 계속 생겨나고 있다??. ??이와같은 기술을 전파하기 위한 ??Conference??도 줄을 잇고 있다??. Nature ??등의 잡지 뒤에 실린 연구원 모집광고를 보면 이와 같은 분야에 뛰어드는 큰 제약회사가 많은 것을 알 수 있다??. ??

일본의 경우에는 모험기업이 번창하는 풍토가 마련되지 않은 것 같다??. ??오히려 일본 정부가 유전체 연구의 산업화에 더 적극적인 형편이다??. ??실제로 일본정부는 유전체 연구결과를 이용하는 모험기업이 미국에서 번창 하는데 일본기업들은 조용한 것에 위기감을 느낀 나머지??, ??지난해에 정부주도의 모험기업 ??2??개를 설립하였다??. ??그중 하나가 질병관련 유전자의 분리를 주요목표로 하는 ??Pharma-Genocyte Institute??이다??. ??후생성이 주 도하여??, Kirin, Olympus, Eisai ??등등 ??10??개의 회사가 ??Consortium??을 형성하여 세운 회사로서 ??6??년간 ??4??천만불 의 자금을 투자하여 질병관련 유전자를 탐색하고자 한다??. ??이 투자액의 반 정도는 후생성 산하의 기구인 약 물 부작용 담당실의 기금으로 충당된다고 한다??. ??본래는 약물 부작용에 대비하여 약품 판매로부터 걷어들인 돈이었으나??, ??약물 부작용에 보상으로 사용하는 양이 적어서 이 기금이 대단히 커졌기 때문에 이를 모험기 업 창업투자에 쓸 수 있도록 법제화하였다고 한다??. ??

일본의 경우 섬나라라서 인구 유동이 적고??, ??가족력의 확보가 용이하므로 가계도의 분석에 장점이 있을 것으로 생각된다??. ??이 회사의 탐색 대상 질병들은 천식??, ??대사 성 뇌질환??, ??골격계통의 질환??, ??선천성 심장질환 등을 포함하고 있다??. ??물론 이 회사의 궁극적인 목표는 밝혀 낸 질환 관련 유전자를 이용하여 새로운 약품을 개발하는 것이다??.

3) ??국내 현황

국내의 경우 질병관련 유전자를 찾는 연구는 매우 미약한 실정이다??. ??우리나라에도 실제로 유전성질환이 외 국 못지 않게 많이 발견되고 있으나??, ??더 많은 임상연구자들이 이와 같은 연구를 체계적으로 수행하게 되어 야 이 분야가 활성화될 것이다??. ??

나??. ??모델 생물을 이용한 유전자의 기능 규명

??1) ??모델생물과 인체 유전자

인체 유전자의 기능 규명을 위하여 사람대신 사용할 모델 생물이 필요함은 당연한 사실이다??. ??문제는 어떠 한 모델을 이용할 것인가이다??. ??진화의 줄기에 따른 생물체들의 총 유전자의 숫자의 비교??, ??초파리??, C. elegans, Zebrafish, ??마우스??, ??효모 등에서 수행된 유전자 결손 실험의 결과들??, ??그리고 진화과정 동안에 구 조와 기능이 함께 유지되어 온 유전자들에 대한 연구 결과들을 고려할 때에??, ??다양한 여러 생물체가 인체 유 전자의 기능 규명에 활용될 것임이 확실하다??. ??즉 유전자 이식이나 유전자 결손 등을 포함하는 각종 유전학 의 기법과??, ??유전체 연구 결과로 축적되는 많은 정보??(??유전자 염기서열??, ??유전자 발현 패턴??, ??발생 과정에서의 형태학적 변화??, ??돌연변이의 증상 등등??)??들이 결합될 때에 우리의 몸속에서??, ??세포속에서 일어나고 있는 유전 자들의 종합적인 작용회로가 밝혀지게 될 것이다??. ??이러한 연구 결과는 편리한 모델 생체에서 빠르게 얻어 질 수 밖에 없고??, ??진화관계를 고려한 분석의 결과로서 ??50,000??∼??100,000??개라고 추정되는 인체 유전자들의 기능이 훨씬 적은 수의 중요한 핵심적인 생화학적 현상을 설명하는 요소들로 정돈이 되리라고 예측된다??.

??예를 들면??, ??세포주기 조절이나??, ??유전자 발현 기전 등 기본적인 세포의 생존에 관한 유전자 기능은 많은 부분 이 효모와 인체 세포가 공유하고 있으며??, ??초파리의 발생 중에 몸의 패턴을 결정 짓는 많은 유전자들이 인체 에 까지도 구조뿐 아니라 기능까지 유사하게 보존되어 있음은 이미 잘 알려진 사실이다??. ??유전적인 연구를 가장 손쉽게 할 수 있는 무척추 생물들??, ??즉 효모??, C. elegans, ??초파리 등에서는 존재하는 모든 유전자들에 대한 돌연변이들이 만들어지고 분석될 것이다??. ??우선 유전자 결손의 효과가 분석되어야 하고??, ??한 유전자 변 이에 대한 억제성 돌연변이??(Suppressor Mutation), ??증강성 돌연변이??(Enhancer Mutation) ??등을 이용한 유전 자의 상호작용이 분석됨으로써??, ??생명현상을 조정하는 기본적인 유전자 ??network??이 밝혀질 것이다??. ??

또한 인체 와 가장 유사한 유전체계적인 마우스에서의 연구가 강화되고 있다??.

2) ??무척추 생물을 이용한 기능연구 효모의 유전체 서열은 완전히 규명되었기 때문에 특히 기능분석이 가장 큰 현안이 되고 있다??. ??서열 분석에 의하면 약 ??6,000??여개의 유전자가 있다고 해석이 되는데??, ??이중 반 이하만이 종전에 그 존재가 알려져 있던 유전자들이고??, ??그 중 일부에서만 기능이 밝혀져 있다??. ??효모는 유전자 결손을 시키면 약 ??30% ??정도에서만 쉽 게 볼 수 있는 표현형??(Phenotype)??이 나타나는 것으로 알려져 왔다??. ??

새로 발견된 유전자들의 기능을 ??Ty1 Transposon ??삽입에 의하여 돌연변이 시킴으로써 체계적인 방법으로 분석하는 일이 미국의 ??Stanford ??대학의 ??P. O. Brown??과 ??D. Botstein ??등이 이끄는 연구팀에 의하여 진행되고 있다??. ??이들이 사용한 탐색법은 각종 배 양 조건에서 효모들이 얼마나 잘 생존하고 번식하는가를 측정하는 것이었다??. ??최소 영양조건??, ??높은 온도??, ??높 은 소금 농도??, ??또는 카페인이 들어있는 배지 등의 조건에서 배양하거나??, ??또는 접합능력의 변화를 관찰하는 등??, ??여러 가지 분석을 한 결과 ??268??개의 ??Ty1 ??삽입된 효모 중 반 이상에서 돌연변이에 의한 표현형이 관찰되 었다고 한다??. ??유전자 기능분석의 중요한 시작이 아닐 수 없다??. ??

초파리에서의 대규모 돌연변이 유도연구는 오랜 전통이 있는 학문분야이다??. ??또한 전부터 개발하여 사용해오 던 ??P-element??에 의한 삽입 돌연변이를 이용하여 많은 탐색을 하고 있다??. ??돌연변이를 유도할 뿐 아니라 나중 에 그 해당 유전자의 분리를 쉽게 해주기 때문이다??. ??초파리를 이용한 배 발생의 기본 원리??, ??몸의 패턴 결정 의 조절기전 규명은 그 중요성이 벌써부터 인정되어 노벨상까지 수여된 업적이다??. ??더욱 흥미로운 것은 이 와 같이 발견된 초파리의 유전자의 구조와 기능이 인체의 발생에도 또한 비슷하게 작용한다는 점??, ??그리고 이들 유전자의 변이에 의한 인체질환이 발견되고 있다는 놀라운 사실이다??. Exelixis Pharmaceuticals, Inc. ??는 초파리와 ??C. elegans??를 모델로 이용하여 유전자 기능을 빠른 속도로??, ??값싸고??, ??정확하게 밝혀내어 약품 개발의 ??Target??를 찾고자 설립된 회사이다??. 3) ??마우스를 이용한 기능연구 마우스에서의 유전자 기능규명연구가 또한 활발하게 진행되고 있다??. ??마우스 유전체와 인체 유전체 간의 유 사성에 대한 연구결과는 계속해서 축적되고 있다??. ??간단히 살펴보면 두 유전체의 총 규모가 비슷하여??, ??약 ??30 ??억개의 염기로 구성되어 있고 유전자의 숫자도 ??50,000??∼??100,000??으로써 또한 비슷하다??. ??유전자의 구성도 비 슷해서??, ??인체에 존재하는 유전자와 마우스의 유전자 사이에는 거의 ??1:1??의 상응이 발견되고 있다??. ??단지 유전 자의 염기서열에 있어서 마우스와 인체 사이에 펑균 ??20??∼??30%??의 변화가 있을 뿐이다??. ??이들 변화중 상당한 부분은 단백질의 아미노산 서열에는 변화를 주지 않는 염기의 차이일 뿐이다??. ??마우스에서의 유전자 변이에 의 한 표현형이 인체에서 유사한 질환으로 나타나는 경우가 많다??. ??이러한 유사성 때문에 마우스는 인체 유전 체 기능 분석의 이상적인 모델 유전체로 이용되고 있다??. ??인체 질환의 모델 동물 역할을 충실히 하기 때문이 다??. ??마우스에서의 유전체 기능 연구도 다른 모델 생물에서와 같이 화학적 돌연변이??, ??유전자 적중 또는 유전 자 ??trap ??등의 기법을 이용한 유전자 결손??, ??유전자의 변태적 발현??, ??또는 유전자의 조건부 발현변화 등의 기 법이 이용되고 있다??. ??

어떤 모델생물을 사용하던 간에 유전체 기능 분석의 수행에 공통적으로 필요한 재료는 유전자 돌연변이이다??. ??가능한 많은 그리고 다양한 돌연변이 개체의 확보가 관건이다??.

??최근에 유전체 연구를 시작한 독일을 한번 살펴 보는 것이 흥미 있 을 것 같다??. ??독일은 그 동안 선진국 중 에서는 유일하게 유전체 연구에의 참여를 미루??던 국가이다??. ??독일 국민들이 유전공학에 대하여 가지고 있 는 강력한 반대 여론 때문??에 ??독일 정부가 유전체 연구에 대한 지원을 시작할 수 없었던 때문이다??. ??그러던 중 작??? ??羞壙??? ??우선 ??1999??년도까지 ??1??억 ??3??천 만불의 예산을 투자하여 늦게나마 유전체 연구를 시 작하게 되었다??.

??국제적인 유전체 연구에 무척이나 뒤지게 시작하는 입장에서 어떠한 ??? ??뼁??育??? ??유전체 연구를 할 것인가가 중요한 논의의 대상이 되었음은 물론이다??. ??다른 나??? ??捉瑢??낮??? ??유전체의 구조 연구에 참여하여 염기서열 결정을 주로 할 것인가??, ??또는 이미 발굴된 유전자들의 기능 연구를 주로 할 것인가에 대한 논란이 있은 후 결국 염기서열 결정??, ??기능 연구??, ??그리고 연구 ??Infrastructure ??강화에 공평히 지원하기로 결정하였다고 한다??. ??유전적 접근 방법의 모델 생물로서는 우선 초파리??, Zebrafish ??그리고 마우스 가 선정되었다??. Gottingen ??의 ??H. Jackle ??그룹은 초파리의 ??X-??염색체 상의 새로운 유전자 들을 발굴 분석하는 과제로 선정이 되었다??. ??가 능한 연구대상을 좁혀서 하고자하는 뜻??? ? ??들어있다??.

Zebrafish ??연구는 ??1995??년도 ??Nobel??상을 수상한 ??Tubingen??의 ??C. Nusslein-Volhard ??그룹이 몇 년 전에 분리한 각종 돌연변이를 ??Mapping??하고 분리하고자 하는 ??P. Haffter??의 과제가 선정되었다??. ??마우스를 이용하는 과제는 현재 두 방향으로 선정되었다??. ??첫째는 ??Munich ??의 ??GSF Research Center??의 ??R. Balling??과 ??Munich??의 ??Genecenter??의 ??E. Wolf??가 공동으로 제안한 ??ENU-??마우스 돌 연변이 탐색과제이다??. ENU(ethylnitrosourea)??는 마우스에서 가장 강력한 ??Germ-line ??돌연변이 유도물질로 알려져 있다??. ??주로 점돌연변이??(Point Mutation)??를 일으키며 무작위로 유전자를 변이시키는 물질이다??.

Balling ??의 과제는 대규모의 탐색과제로서??, ??일단 ??ENU??로 처리한 마우스의 새끼들을 분석하여 여러 가지 종류의 증상 을 보이는 돌연변이를 탐색하고자 제안하고 있다??. ??그 탐색 대상은 임상 생화학적 변화??, ??생화학 중간 대사물 질??, ??면역학??, ??세포학??, ??형태 변화??, ??성전환 변이??, ??알레르기 질환 및 행동 장애 등으로 구성되어 있다??. ??다른 하 나의 과제는 같은 ??GSF??의 ??W. Wurst??가 제안한 유전자??-trap ??기법에 의한 돌연변이 마우스 제조 및 탐색 과제이다??. ??유전자??-trap ??기법은 특수하게 고안된 벡터 유전자를 염색체 상의 불특정 유전자에 삽입 시킴으로써 돌연변이를 일으켜서 그 결과를 분석할 뿐 아니라??, ??삽입된 벡터 ??DNA??를 ??Probe??로 이용하여 근접하여 있는 변이 된 유전자를 분자 생물학적으로 쉽게 분리할 수 있게 하는 기술이다??. ??이 방법은 ??ENU??에 의한 방법과 비교할 때에 완전히 무작위적으로 돌연변이를 유도하지 못할 가능성은 있으나 대신 변이된 유전자를 쉽게 클로닝 할 수 있다는 것이 큰 장점이다??. ??이 과제를 큰 규모로 수행할 경우 유전자 기능 분석에 많은 기여를 할 것 으로 예상된다??. ??

실제로 유전자??-trap Mutagenesis ??과제는 이미 여러 곳에서 수행되고 있는데??, ??그중에서도 캐 나다 ??Toronto??의 ??J. Rossant??이 이끄는 그룹이 효시라고 하겠다??. ??이들은 마우스 배 발생 과정 중에 발현 조 절 되는 유전자들을 집중적으로 탐색하는 과제를 수행하여 보고한 적이 있는데 유전자??-trap ??벡터가 삽입된 배아간세포??(Embryonic Stem Cell)??주를 ??4??만개 가까이 분석하여 ??400??개 가까운 클론에서 유전자에 벡터가 삽입 되었음을 확인하였다??. ??이들의 발현 패턴과 표현형의 분석을 수행하게 되면 배 발생에 관여하는 유전자들이 많이 발굴되고 규명되리라고 기대된다??. ??유전자 적중에 의한 기능분석은 현재 많은 연구자들이 택하고 있는 방법으로 보편화되어가고 있다??. ??효모나 대장균에서는 오래전부터 전통적인 유전학의 방법으로 사용되어오던 기법으로서 유전자 클로닝이 되어있는 상태에서 시작하여 생체 내에 돌연변이를 유도하여 그 표현형을 분석하기 때문에 종래의 유전학과는 일의 진행 방향이 거꾸로라는 점 때문에 ??Reverse Genetics??라고도 부른다??. ??이 기법은 그러나 아직도 기술적으로 상당히 어렵고 많은 노력과??, ??돈과??, ??시간을 필요로 하기 때문에 ??High-throughput??을 제공하지 못한다는 단점 이 있다??. ??더 많은 기술 개발이 필요한 부분이다??.

??덧붙여서??, ??전반적인 유전자 결손에 그치지 않고??, ??조직 특 이적으로 또한 특정 시기에만 결손시키는 기술들이 현재 개발되고 있다??. ??유전자 조절의 섬세한 수준에까지 기능 분석을 할 수 있게 해주는 핵심 기술이 될 것이다??. ??가능한 모든 유전자들에 대한 각각의 ??Knockout ??마 우스를 생산하여 유전자 기능을 밝힘으로써 약품 개발의 ??Target??을 찾는 것을 목표로 설립된 회사인 ??Lexicon Genetics, Inc.??는 ??OmniBankTM??라는 프로그램을 이용하여 ??500,000??개의 ??Knockout ??마우스를 생산하는 계획을 수립하였다??. ??대단히 야심적인 사업이 될 것이다??.

4) ??국내 현황

국내의 경우 모델동물을 이용한 유전자 기능 분석 연구가 겨우 자리잡은 단계라고 생각된다??. ??유전자 적중 에 의한 돌연변이 마우스 분석기술은 포항공대에서 비교적 효과적으로 수행되고 있고??, ??생명공학연구소??, ??서 울의대??, ??과기원??, ??서울대 자연대??, ??한효연구소??, ??삼성 생명과학연구소 등에서도 시작??, ??또는 진행되고 있다??. ??유 전자??-trap??에 의한 마우스 유전자 기능 분석도 포항공대에서 활발히 진행되고 있다??. ??경북대에서 수행되고 있는 ??Zebrafish ??유전체 연구도 유전학적 관점을 도입하여 수행한 결과가 기대된다??. ??효모나 초파리를 이용한 기능 분석을 수행할 수 있는 인력은 국내에 상당 수 있는 것으로 알고 있으나 이 인력을 유전체 기능 연구 로 유도하는 작업이 필요하리라고 생각된다??.

??다??. ??세포의 상태에 따른 유전자 발현의 총체적 분석 ??

1) ??세포의 기능과 유전자 발현 어느 세포가 나타내는 특성은 결국 그것이 발현하고 있는??(??또한??, ??발현하지 않고 있는??) ??유전자들의 기능과 그 유전자들 간의 상호작용의 결과라고 생각할 때에??, ??어느 세포의 성상을 가장 정확히 서술하는 방법은 그 세포가 주어진 상태에서 어떠한 유전자들을 얼만큼씩 발현하고 있는가를 총체적으로 표시하는 것이 될 것이 다??. ??인체 유전자가 모두 발굴되고??, ??정의되고??, ??염기서열이 결정된 후에는??, ??단일세포 수준에서 발현되고 있 는 모든 유전자를 정량적으로 그리고 모든 다양한 ??Splice??의 결과 등을 포함하여 정성적으로 파악하고 표시 하는 것이 궁극적으로 가능하게 될 것이라고 ??MIT??의 ??E. S. Lander??는 예측하고 있다??. ??최근에 ??Affymetrix??회사 의 연구팀이 보고한 ??High-Density DNA Microarray??를 이용한 ??Hybridization ??기술을 바탕으로 한 발달이 궁극 적으로 이와 같은 일을 가능케 할 것으로 생각된다??. ??그렇게 되기 전까지는 각종 방법이 동원되고 개발되어 이용되고 있다??. ??이 경우에 얻고자하는 정보는 몇 가지로 나누어 볼 수 있겠다??. ??첫째는 정상적인 세포 분화 타입에 따른 유전자 발현의 차이를 파악하는 일이다??. ??이는 특히 ??Multigene Family??에 속하는 서로 다른 유전 자 멤버들이 각각 발현되는 세포의 종류를 파악함으로써 각 멤버들의 서로 다른 기능을 유추할 수 있게 할 것이다??. ??둘째는 각종 비정상적인 경우의 발현 변화??, ??즉 특정 질병을 가진 환자에서의 변화??, ??암세포의 발생 단계별 변화??, ??또는 약물치료에 대한 반응으로서의 발현 변화 등을 관찰함으로써 그와 같은 비정상적인 상황 의 발생이나 전개에 밀접한 관계를 가지고 있는 유전자들의 역할을 파악할 수 있을 것이다??. ??좀 더 나아가 서 이러한 유전자 발현 상태의 변화를 시간적으로 세밀히 분석함으로써 발생 과정에서의 유전자 간의 상호 작용이나 인과관계??, ??예를들면 ??Tranion Factor??와 그의 ??Target ??유전자 등의 확인과 분석이 가능할 수 도 있을 것이다??. ??이러한 분석을 위해서는 ??DNA Microarray??에서의 ??Hybridization ??뿐이 아니라??, ??태아의 조직 에 대한 ??In Situ Hybrization??에 의한 정확한 발현세포 검정이 필수적인 기술로 이용될 것이다??.

2) ??많은 ??Biotech ??회사의 개발 목표??·??전략이 된 유전자 발현 분석 세포의 상태에 따른 유전자 발현의 변화를 파악하는 일이 지니는 의료??·??제약 산업적인 중요성이 특히 부각 되고 있다??. ??왜냐하면 각종 질환의 원인이 되는 유전자의 발현 변화를 발견하게 되면??, ??이는 곧 질병 유전자 로서 정의될 것이고??, ??이는 그 질병상태의 진단 및 치료제 개발로 연결될 것이기 때문이다??. ??이러한 동기에 바탕을 두고서 많은 ??Biotech??기업들이 유전자 발현 분석 연구에 참여하고 있다??. ??그 중 몇 가지만 예를 들어 설명하고자 한다??. Synteni, Inc. ??회사에서 개발한 ??Gene Expression Micro-Array (GEMTM)??가 한 예이다??. ??방법 은 ??cDNA Clone ??들의 ??Microarray ??를 만들고서 특정 세포에 발현된 전체 ??cDNA??에 형광물질로 표지를 붙인 후 에 ??cDNA Microarray??에 ??Hybridization??시킴으로써 그 세포에 어떤 유전자가 어느만큼 발현되는지를 검정하는 방법이다??. ??이들의 목표는 유전자 발현에 바탕을 둔 진단시약??, ??그리고 새로운 약 개발의 ??Target ??발굴 등이 다??. Lynx Therapeutics, Inc. ??에서는 ??Massively Parallel Signature Sequencing (MPSS)??이라는 기술을 개발 하고 있다??. ??이는 약 백만개의 ??cDNA??분자를 각각의 ??Microbead??에 클로닝한 후에 이들 각각의 ??Bead ??상의 ??cDNA??마 다 ??16 ??염기의 서열을 결정함으로써 각 ??cDNA??들이 무슨 유전자인지를 확인하는 기술이다??. ??이와 같은 방법이 효과적으로 이용되면 세포의 상황에 따른 유전자 발현 상태를 쉽게 파악할 수 있을 것이다??. Pharma Genics, Inc.??에서는 ??Serial Analysis of Gene Expression (SAGE)??기술을 이용하여 암 조직에서의 유전자 발 현을 정량적으로 검사하고자 하는 과제를 수행하고 있다??. Digital Gene Technologies, Inc.??에서는 ??mRNA??의 ??3'UTR??이 유전자마다 독특한 점을 이용하여 세포에 발현된 유전자들을 정량화하는 원리를 이용하여 이미 두 개의 신규 펩타이드 홀몬을 분리하였다??. Affymetrix??에서 개발한 ??DNA Microarray ??기술도 성공적으로 이용되 어??, ??유전자 발현을 ??Microscopic Level??에서 측정하고 있다??. ??이들의 기술은 ??DNA ??서열의 변화도 측정할 수 있 는 장점이 있으며??, ??이를 ??Mitochondria DNA??에 적용하여 ??Polymorphism??을 성공적으로 찾는 일이 보고되기도 하 였다??. ??국내에서도 유전자 발현 변화를 근거로 하여??, ??질병 또는 분화관련 유전자를 발굴하는 작업이 소규모로 진행 되고 있다??. ??생명공학연구소??, ??포항공대??, ??경북대 등에서 진행되어온 인체 조직 관련 ??EST??연구가 이에 해당되 며??, ??그 후로는 ??DD PCR ??등을 이용한 질환 특이 유전자 분석으로 내용이 전개되고 있다??. ??그러나 외국에 비하 여 기술??·??인력??·??재원 면에서 많이 뒤지고 있는 실정이다??. ?

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?3. ??전망과 제안??

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?가??. ??연구개발의 방향??:

??기초생물??·??의학연구와 생물산업의 전략 소재 개발 국내 유전체 연구가 이제 시작되었다??. ??많은 논의와 토론을 거쳐서 늦긴 했지만 어렵게 시작했으니??, ??그나마 다행이라고 생각된다??. ??가장 중요한 논의 중 하나가 역시 유전체 연구의 방향을 어떻게 정할 것인가 였다??. ??늦게 시작하는 입장에서??, ??그리고 상대적으로 미비한 예산과 인력으로 수행해야 하는 입장에서 최소한의 원 칙으로 고려된 것은 적어도 외국의 왕성한 유전체 연구의 보조 연구나??, ??하청 과제 성격의 연구는 피하자는 것이었다??. ??외국의 어떤 유전체 연구자는 한국이 인체 대신 그의 비교 대조군으로서의 원숭이 유전체를 연 구 할 것을 권하는 경우도 있었다??. ??그러나 우리나라의 기초생명과학연구의 진작과 생물산업의 국제 경쟁력 제고에 필요한 전략적인 기본 소재가 될 유전자 자원의 확보를 목표로 유전체 연구기획이 이루어진 것으로 알고 있다??. ??하지만 예산??, ??인력??, ??기술의 열세를 감안할 때에 선택의 여지가 그렇게 많지 않은 것이 현실이 다??. ??그러한 제한 속에서 유전체의 광범위한 구조적 연구보다 ??「??종양관련 유전체 해석 연구??」??라는 제한된 주 제 속에서 유전체의 기능적 분석을 전제로 구성되었다고 생각된다??. ??이러한 연구를 통하여 얻어지는 유전 정 보들은 궁극적으로는 암 발생과 분화를 유전자 발현 상태의 파악으로 이해하는 데에 도움을 줄 것이고 또 한 그 결과가 생물 의료 산업으로 연결될 가능성도 크다고 생각된다??. ??인체 유전체보다는 산업성 박테리아의 유전체를 연구할 것을 권하는 사람도 있었다??. ??이는 결국 기초 생물의 학연구와 의료??·??의약산업의 미래는 포기하고??, ??특정 박테리아의 유전체를 이용한 연구와 산업을 위해서만 투 자하는 결과가 될 것이다??. ??인체 유전체 연구의 빠른 진도를 보면서 한가지 다행이라고 생각되는 점은??, ??유전 체의 구조규명의 결과 즉 염기서열의 정보 자체는 공공 ??Database??로서??, ??특허화되지 않고 있다는 점이다??. ??결 국 기능의 연구 결과가 있어야만 유전자에 대한 특허가 가능하기 때문이다??. ??그리고 기능 규명 연구는 구조 규명 연구와 달리 훨씬 더 오랜 시간이 걸릴 것이고??, ??또한 그 내용이 다양한 생명현상의 파악이라는 점을 생각하면 복잡하고??, ??방대하고??, ??깊기 때문에 유전체 구조 연구처럼 우리가 때를 모두 놓쳐 버리거나 제외되 거나??, ??하는 것이 아니라는 점이다??. ??우리가 참여할 길이 아주 많은 분야이다??.

??나??. ??강화해야 할 점

앞으로 우리 나라의 유전체 연구가 좀 더 효과적으로 수행되기 위해서는??, ??전체적으로는 종양의 임상연구 및 종양 생물학 기초 연구 분야의 유능한 연구자들의 참여가 확대되어야 하지 않을까 생각이 된다??. ??기능분석 분야에 관하여 앞으로 더욱 강화되어야 할 점??, ??또는 추구되어야 할 방향을 몇 가지 제안하자면

첫 째??, ??임상 유전학 연구인력을 강화하고 적극 참여시켜야 되겠다??. ??국내의 유전 질환에 대한 연구는 외국에 비 하여 상대적으로 미약하다고 생각된다??. ??질환 관련 유전자의 발굴 성공여부는 결국 어떠한 환자가 연구 대상 으로 존재하는지??, ??그리고 그 환자의 임상역학이 어느 정도 잘 되어 있는지에 의하여 철저하게 좌우된다??. ??같 은 질환이라도 돌연변이의 분자적 구조가 다를 수 있으며??, ??우리 나라의 유전 질환 상황이 서구와 다른??, ??분 석하기에 편리한 특징이 있을 경우에??, ??해당 질병 유전자 분리에서 우리가 유리할 수도 있을 것이다??. ?

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