<유전>하는 RNA--손자세대에까지 이어진 <네덜란드 기아>의 기억

<유전>하는 RNA--손자세대에까지 이어진 <네덜란드 기아>의 기억

 

 

 

 

일찍이 유전학에서 획득형질은 유전하지 않는다고 생각되었었는데 이제 획득된 에피제네틱한 정보가 자손의 게놈에 전달되는 것을 나타내는 실험적인 증거가 많은 생물종에서 얻어지게 되고 있다. 적어도 일부의 형질에 관해서 말한다면 그런 기능이 생물에 갖추어져 있음은 이미 의심할 여지가 없다.

이번에는 획득형질의 유전의 구체 예를 소개함과 동시에 에피제네틱한 정보가 자손에게 전해지는 데 대한 의의에 대하여 고찰해보기로 한다.

네덜란드 기아의 겨울

 

1944년 6월 연합군의 노르만디 상륙 이후 일시는 유럽을 석권한 추축국군은 서서히 그 세력범위를 잃어가고 있었다. 그러나 그 해 말에 이르러도 네덜란드는 아직도 나치스독일의 지배하에 있었다. 네덜란드 국내에서 세력을 강화한 레지스탕스 운동에로의 대책으로 나치스는 항구의 동결이나 식량보급로의 절단을 행하여 운반되는 식량을 봉쇄하는 전략으로 나왔다.

불운한 일로서 그에 망치를 내려치는 듯이 기록적인 겨울 추위가 네덜란드를 덮쳐 암스테르담을 포함한 네덜란드 서부는 심각한 식량부족에 빠졌다. 이것이 네덜란드 기아의 겨울（Dutch Hunger Winter）이라 불리는 비극이다.

네덜란드서부의 주요도시에서는 주민의 태반이 필요 칼로리의 절반도 차지 않는 1일 1000킬로칼로리 정도밖에 섭취하지 못하고, 일부 지역에서는 580킬로칼로리에까지 저하했다고 기록되고 있다. 식량이 곤궁한 사람들은 네덜란드의 심볼이라 할 수 있는 츄립의 구근까지 먹었다고 한다.

익년 5월에 나치스독일이 항복하여 해방되기까지 7개월 이어지게 된 데서 기근에 의한 450만 명이 영향을 받아 2만 2000명이나 되는 주민이 아사하는 참사가 일어났다. 생존한 자도 중등도의 영양실조에 빠졌었는데 그 중 4만 명의 신생아도 탄생하였다.

이 비극은 기아를 경험한 주민이 네덜란드 서부에 치우친 점도 있어서 인간에게 주어지는 기아의 영향을 국내의 동서를 비교하여 대규모로 조사하기 위하여 좋은 재료를 제공하게 되었다. 특히 모체의 영양부족이 아기의 장기적인 건강에 끼치는 영향의 추적조사는 비극에서 70년 이상 지난 현재에도 이어지고 있다.

기아 중에 태어난 아기는 당연히 출생 시의 체중도 가볍고 병약한 경향을 나타내었는데 그들은 성인이 된 후 거꾸로 고빈도의 비만이 되어 당뇨병의 이환율이 높은 것이 약 30만 명을 대상으로 한 조사에 의하여 밝혀졌다. 또 모체가 기아를 경험한 아기는 종합실조증발증률이 통산의 약 2배가 된다는 것도 보고되었다.

곧 모체가 받은 환경의 영향이 출생 후에도 장기간에 걸쳐 아기의 건강상태에 나타날 가능성을 과학적으로 나타낸 것이다. 그러나 <네덜란드기아>의 장기추적조사에서 판명한 사실 중에서 참으로 놀라운 것은 모체가 기아를 경험한 아기에 보인 고빈도 비만 등의 병적인 형질이 그들의 아기 곧 손자세대에까지 <유전>한 가능성이 지적되고 있는 것이다.

아기세대의 결혼상대의 유전형은 여러 가지이고 이 손자세대는 당연 태아기에 기아 등 경험하지 않았다.

그럼에도 불구하고 편모가 태아 시에 경험한 <기억>이 아기에게 나타날 가능성이 있을 수 있다는 것이다. 도대체 어떻게 하면 그런 <유전>이 가능하게 된 것일까? 근년 마우스를 쓴 여구 등에서도 그 가설을 지지하는 지견이 얻어져 <유전>기구도 조금씩 판명되어가고 있는데 그 열쇠가 된 것이 <에피제네틱스>였다.

 

에피제네틱스란 무엇인가

 

<에피제네틱스란 무엇인가?>란 물음은 역사적으로 여러 가지 배경이 있어서 정확하게 답하기는 간단하지 않으나 여기서는 간략화 하여 개념을 설명하고자 한다.

DNA구조를 밝힌 한 사람인 크리크（Francis Harry Compton Crick, 1916-2004=영국과학자. DNA의 이중나선구조의 발견자)는 DNA상의 정보를 일찍이 <시퀜스가설(sequence hypothesis/배열가설)>이라고 하여 설명했는데 그것은 염기의 배열된 조합이 유전정보가 된다는 것이었다.

그러나 보유하는 염기정보가 많아지면 필요한 정보의 관리라는 문제가 생긴다. 예를 들면 사람의 체세포라면 가지고 있는 DNA의 총염기배열은 약 60억 염기 대인데 팽대한 정보를 단지 병열로 옆으로 버려놓는 것으로는 너무 무책이고 효율적인 정보관리를 위하여 색인이나 항목별의 표제 같은 구조화가 필요해진다.

염색체에서 그 역할을 다하고 있는 것은 화학수식이고 DNA 그 자체나 DNA에 결합되어 있는 히스톤(histone=진핵생물의 염색체를 구성하는 주요한 단백질이다.)이라 부르는 단백질에 부가된 화학수식이 DNA의 배열정보와는 차원이 다른 소위 색인이나 표제 같은 정보로서 염색체의 구조나 유전자발현의 조절에 쓸모가 있다. 그러한 유전자배열에 대하는 부가적인 정보가 에피제네틱스라 칭하는 것이 되어 있다.

DNA 그 제체의 화학수식에는 메칠기의 부가가 알려지고 있고 진핵생물에서는 시토신( (cytosine=핵산을 구성하는 5종류의 조된 염기 주의 하나로서 비리미진염기(pyrimidine base=핵산을 구성하는 단위물질로 빌리비진핵을 기본골격으로 하는 염기성 물질이다.) 의 5위의 탄소에 메칠기가 부가되는 5메칠시토신이 대표적인 것이다.

이 메칠기는 DNA의 이중나선에서 튀어나온 구조를 취하는 것이 일려지고 마치 DNA의 이중나선구조상에 깃발을 세운 것 같은 상태가 되는 것이다. 이 DNA를 직접화학수식한다는 수법은 가장 간편한 <표제>의 만드는 법이지만 DNA의 화학물질로서의 안전성이나 성질에 영향을 끼쳐서 준비되지 않은 염기치환의 원인이 되고 마는 결점도 함께 가지고 있다.

 

보다 안전한 <표제>

 

거기서 보다 안전한 <표제>로서 쓰이고 있는 것이 히스톤{(histone)단백질=진핵생물의 염색체를 구성하는 주요한 단백질)}의 화학수식이다. 진핵생물의 핵 내의 DNA는 누클레오솜 (nucleosome=진핵생물에서의 DNA의 포장의 기본단위)이라는 구조를 최소의 단위로 하고 있다. 그것은 4종류의 히스톤단백질(H2A、H2B、H3、H4）이 2개씩 모여서 구성된 히스톤코아 (histone core)라 불리는 단백질 복합체에 약 150염기 정도의 DNA배열이 둘러 감긴 것이다.

이 히스톤단백질에 화학수식을 주면 둘러 감긴 극히 짧은 영역의 DNA영역이 지금 어떤 상태에 있는지를 나타내는 안전하고 뛰어난 <표제>가 될 수 있다.

실제 히스톤단백질은 여러 가지의 화학수식을 받는 것을 알고 있다. 특히 히스톤단백질의 말단부에 해당하는 히스톤데르라 불리는 영역은 공간적으로 누클레오솜에서 외측으로 튀어나온 것이 있고, 외부에서 잘 뜨이는 위치에 존재하기 때문에 <깃발을 세울>위치로서 절호이다. 여기에는 메칠화, 아세칠화, 인산화 등 여러 가지 화학수식이 일어난다는 것을 알고 있다.

에피제네틱한 수식은 종류가 매우 많고 또 하나의 히스톤코아에 복수의 수식이 조합되어 존재하는 일이 있을 수 있기 때문에 그것들이 어떻게 조합되어 염색체의 상태를 규정하고 있는지 그 전모는 아직 분명하지 않다.*

 

일본어원문="遺伝"するRNAーー孫世代まで引き継がれた「オランダ飢餓」の記憶.

출처=https://gendai.ismedia.jp/articles/-/95790