자폐 스펙트럼 장애(이하 자폐) 발병을 설명하는 새로운 유전적 기전이 밝혀졌다. 분당서울대병원 정신건강의학과 유희정 교수와 고려대 바이오시스템의과학부 안준용 교수 공동연구팀은 단독으로는 영향이 미미한 유전자 변이라도 특정 두 유전자 변이가 함께 존재한다면 자폐와 뚜렷한 연관성을 보인다는 사실을 규명했다.
자폐는 사회적 상호작용의 어려움, 제한적이고 반복적인 행동 등을 특징으로 하는 신경발달질환이다. 유전적 요인이 발병에 크게 작용하는 것으로 알려져 있으나, 기존 연구들은 단일 유전자 변이 분석에 집중한 나머지 영향력이 작은 희귀 변이들의 역할을 밝혀내는 데 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하고자 ‘유전자 쌍(gene pair) 변이’에 주목하는 새로운 분석 방법을 도입했다. 단독으로는 효과가 크지 않은 희귀 변이도 특정 두 유전자에 함께 존재할 때 자폐와의 연관성이 증폭될 수 있다는 가설에서 출발한 것이다.
연구팀은 한국인 자폐 가족을 포함한 동아시아계와 유럽계 총 59,168건의 다민족 유전체 데이터를 분석했다. 그 결과 자폐와 연관성이 뚜렷한 유전자 쌍(동아시아계 6쌍, 유럽계 156쌍)을 발굴했다. 두 유전자가 함께 변이될 때 자폐 연관성이 유의하게 높아지는 패턴을 확인한 것이다.
발굴된 유전자 쌍들은 공통적으로 세포골격을 만드는 기능과 관련이 깊었다. 세포골격은 신경세포의 형태를 유지하고 세포 간 연결을 가능하게 하는 구조물로, 뇌가 발달하는 과정에서 핵심적인 역할을 담당한다. 유전자 쌍들이 변이되면 세포골격의 경로가 손상돼 결국 자폐를 유발할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
발굴된 유전자 쌍이 실제 세포에서도 영향을 미치는지 직접 확인하기 위해 고려대 의과대학 선웅 교수팀과 공동 실험을 진행했다. 세포실험을 통해 해당 유전자 쌍에서 유전자 하나의 기능만 억제했을 때에는 유의한 변화가 없었으나, 두 유전자의 기능을 모두 억제하자 세포 표면의 섬모 형성이 뚜렷하게 감소했다.
섬모는 세포가 주변 환경의 신호를 감지하는 구조물로, 정상적인 뇌 발달에 중요한 역할을 한다. 이 결과는 두 유전자의 변이가 단순한 합산 효과를 넘어 시너지 효과를 낸다는 것을 세포 수준에서 직접 입증한 것이다.
