연구 결과: 고대 바이러스가 침팬지의 뇌 유전자를 꺼버렸다

스웨덴 룬드대학교 연구진은 약 400만 년 전 침팬지를 감염시킨 바이러스가 발달 중인 인간 뇌에서 활동하는 유전자를 꺼버리는 DNA 조각을 남겼다고 Science Advances에 보고했다. 이 발견은 바이러스 감염이 침팬지와 인간의 뇌를 서로 다른 발달 경로로 이끌었을 수 있는 구체적인 방식 하나를 보여 준다.

인간과 침팬지는 약 500만~600만 년 전에 공통 조상에서 갈라졌고, 우리 DNA 중 다른 부분은 약 1.2퍼센트에 불과하다. 그런데도 인간의 뇌는 대략 세 배나 크며, 과학자들은 이렇게 비슷한 단백질 생성 유전자 세트가 어떻게 이토록 다른 뇌를 만들어 내는지 오래도록 물어 왔다.

유인원에는 있지만 인간에게는 없는 바이러스

“고대 바이러스가 게놈에 DNA를 남길 수 있고, 그 잔재가 근처 유전자에 영향을 줄 수 있다는 것은 알고 있었습니다.” 제1저자이자 룬드대학교 분자 신경유전학자인 파트리시아 게르데스(Patricia Gerdes)는 말했다. 연구팀은 PTERV1에 주목했는데, 이는 Pan troglodytes endogenous retrovirus-1(침팬지 내인성 레트로바이러스 1)의 약자다. 이 레트로바이러스는 침팬지와 다른 아프리카 유인원에서 발견되지만 인간에게서는 발견되지 않는다.

관련 유인원 다수가 PTERV1을 지니고 있었는데 왜 인간은 한 번도 지니지 않았는지는 분명하지 않다. 한 가지 이론은 TRIM5α라는 항바이러스 단백질이 우리 조상을 보호했다는 것이다. 또 다른 이론은 감염이 퍼질 때 침팬지와 인간의 조상이 서로 다른 곳에 살았다는 것이다. 이번 연구는 그 문제를 가리려 하지 않는다.

잠잠해진 유전자

바이러스는 침팬지 게놈에 오늘날에도 활성 상태인 DNA 서열을 끼워 넣었다. 그중 하나는 LINC00662에 자리하는데, 이는 특정 단백질을 만드는 지시를 제공하는 분자로 복사되는 DNA 구간이다. 두 종 모두 이 유전자를 갖고 있다. 연구진은 인간에서 이 유전자가 초기 뇌 발달 중에 활성화된다는 것을 발견했고, 실험 결과 이것이 뇌세포의 성숙과 돌기 성장을 돕는 것으로 시사된다.

침팬지에서는 바이러스 삽입이 LINC00662를 꺼버린다.

오가노이드 실험이 보여 준 것

이 유전자의 기능을 시험하기 위해 연구팀은 발달 중인 뇌의 모델로 실험실에서 배양한 작은 세포 덩어리인 인간 뇌 오가노이드를 사용했다. LINC00662를 꺼 두자, 신경세포와 그 돌기, 즉 세포 사이에 신호를 전달하는 수상돌기와 축삭은 유전자가 온전할 때만큼 활발하게 성숙하고 자라지 못했다.

연구진은 반대 방향으로도 실험했다. 침팬지 줄기세포에서 바이러스 삽입을 제거하자 LINC00662의 활성이 회복되었는데, 이는 삽입이 유전자 침묵에 기여한다는 것을 보여 준다.

이 결과가 보여 주지 않는 것

게르데스는 한계에 대해 신중했다. “우리는 인체에서 LINC00662가 하는 모든 역할도, 그 활성의 상실이 침팬지 전체에 어떤 의미인지도 아직 알지 못합니다.” 그는 인간이 같은 삽입을 지녔다면 이 유전자는 아마 꺼졌을 것이고 뇌세포 발달도 달라졌을 것이라고 설명하면서도, “그것이 특정한 뇌 모양이나 능력, 행동을 낳았으리라고 예측할 수는 없습니다.”라고 말했다. 그 영향은 주변 DNA와 다른 유전자에 따라 달라질 수 있기 때문이다.

침팬지 세포에서 유전자를 복원했다고 해서 뇌 발달이 바뀔 것이라는 점이 입증되는 것도 아니다. “뇌의 차이는 수많은 유전적, 발달적 영향에서 생겨납니다.”라고 게르데스는 말했으며, 성체 뇌에서 삽입을 제거해도 뇌의 앞선 발달이 되돌려지지는 않을 것이라고 했다.

이번 연구는 레트로바이러스 삽입이 인간과 침팬지의 차이에 기여했다는 증거에 힘을 더한다. 더 많은 연구 소식은 과학 섹션에서 확인하세요.