남녀 뇌 유전자 활동 차이…특정 질환에 영향 미치나

[아이뉴스24 정종오 기자] 인간 뇌의 여러 영역의 뇌세포를 분석한 결과, 남성과 여성의 뇌에서 유전자 활동에 광범위한 차이가 있다는 연구 결과가 나왔다.

미국국립정신건강연구소 등 연구팀은 성인 30명(남성 15명, 여성 15명)의 조직 샘플을 대상으로 단일핵 RNA 시퀀싱(snRNA-seq)을 진행하고 고해상도 인간 뇌 유전자 발현을 분석했다. 관련 논문(논문명: Sex effects on gene expression across the human cerebral cortex at cell type resolution)은 17일 국제학술지 사이언스(Science)에 실렸다.

이번 연구가 일부 정신 질환과 신경 질환이 생물학적 성별에 따라 다르게 나타나는 이유를 설명하는 데 도움이 될 것이라고 연구팀은 주장했다.

분석 결과 생물학적 성별은 뇌 전체의 유전자 발현 변이 중 극히 일부만을 설명했음을 확인했다. 그럼에도 성별에 따른 전사 차이를 보이는 유전자를 3000개 이상, 뇌 영역과 세포 유형 전반에 걸쳐 일관된 영향을 미치는 유전자 133개를 밝혀내는 데 성공했다.

대부분의 성별 관련 변이는 성염색체와 연관되지 않고 주로 성 스테로이드 호르몬에 의해 조절되는 상염색체 유전자에서 나타났다.

성별에 따른 발현 차이를 보이는 이러한 유전자들 중 상당수는 ADHD, 조현병, 우울증, 알츠하이머병을 포함한 신경정신 질환 과 신경퇴행성 질환과 관련된 유전적 변이와 겹치는 것으로 나타났다.

고재원 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 센터장은 이번 논문에 대해 “이번 연구는 그간 뇌 영상(neuroimaging) 수준에 머물렀던 인간 뇌의 성별 차이 논의를 단일핵 전사체(snRNA-seq) 수준의 고해상도 분석으로 정밀하게 확장했다는 점에서 분자 신경과학 분야의 중요한 전환점을 제시한다”며 “약 120만개의 핵 분석을 통해 도출된 전사체 지도는 성별에 따른 뇌 질환 감수성 차이의 분자적 작동원리를 세포 유형별로 규명할 수 있는 토대를 마련했다는 점에서 큰 의의를 가진다”고 평가했다.

고 교수는 “이번 연구에서 주목할 점은 뇌 영역 간 부피 차이에도 불구하고 특정 세포 유형의 비율 자체에는 성별 간 유의미한 차이가 없다는 사실”이라며 “이는 거시적 구조 차이가 단순한 세포 수의 차이에서 비롯된 것이 아니라 개별 세포의 형태적 변화, 시냅스 밀도, 이번 연구에서 핵심적으로 제시된 세포외기질 (extracellular matrix)과 시냅스 조직화(synapse organization) 관련 유전자 발현 차이와 더 밀접하게 연관될 가능성을 강하게 시사한다”고 설명했다.

이어 “시냅스의 물리적·기능적 특이성이 전사체 수준에서 정교하게 조절되고 있음을 보여주는 중요한 증거라고 할 수 있다”고 말했다.

고 교수는 “성별 특이적으로 발현되는 3000개 이상의 유전자가 ADHD, 조현병, 알츠하이머 병 등 주요 뇌 질환의 유전적 변이와 밀접하게 중첩된다는 발견은 성별 차이가 단순한 생물학적 변이를 넘어 질환 감수성과 병태 생리에 실질적으로 연결돼 있음을 보여준다”며 “여성에게서 광범위하게 관찰된 ‘X-염색체 불활성화 탈출’ 현상이 시냅스 가소성과 발달장애 관련 유전자와 연계돼 있다는 점은 매우 인상적”이라고 했다.

한계점도 있다고 지적했다.

고 교수는 “연구팀이 지적했듯이 관찰된 전사체적 차이가 순수한 생물학적 요인에 의한 것인지, 혹은 사회적 경험과 환경 노출이 축적되면서 나타난 신경계의 가소적 변화인지는 아직 명확히 구분하기 어렵다”며 “후속 연구에서는 발달 단계별, 생애주기별 추적 분석을 통해 성별 차이의 형성 시점과 작동원리를 보다 정밀하게 규명할 필요가 있다”고 덧붙였다.