한 세포핵에 사람과 유인원이 나란히 섰다, 인간 연골은 완충재를 덜 만들게 됐나

현미경 아래 한 세포핵 안에 사람과 고릴라의 염색체가 함께 들어갔다. 같은 세포 환경에서 사람 쪽 연골 기질 유전자 신호가 더 조용하다면, 우리를 두 발로 세운 변화는 관절의 완충재를 덜 만드는 방향과도 함께 갔을까.

Nature에 9월 23일 공개된 연구는 사람 계통에서 생긴 조절서열 치환 561,410개를 배양 연골세포에서 시험해 인간 특이 조절활성을 보인 15,077개 위치를 추렸다. 연구진은 사람과 고릴라, 앞서 만든 사람과 침팬지의 유전체가 같은 핵 환경을 공유하는 융합세포를 골연골 전구세포로 분화시켜 종마다 다른 배양환경의 영향을 줄였다.

조절서열은 단백질의 재료를 직접 적은 유전자와 달리 어느 유전자를 언제 얼마나 읽을지를 바꾸는 스위치에 가깝다. 융합세포는 두 종의 염색체를 한 방에 둔 비교 장치다. 연구진은 여기서 연골이 물을 품고 압력을 견디게 하는 긴 당사슬인 글리코사미노글리칸, GAG 합성 경로가 인간 쪽에서 낮게 조절되는 신호를 찾았다.

실제 관절 조직 비교도 같은 방향을 보였다. 연구진이 사람과 비인간 유인원의 팔꿈치·무릎 표본을 측정했을 때 인간 연골의 GAG 함량은 다른 유인원의 약 4분의 1에서 3분의 1 수준이었다. 인간과 침팬지 유전체가 매우 비슷한데도 몸의 형태가 크게 다른 이유를 단백질서열보다 조절영역에서 찾으려 해 온 수십 년의 가설에 기능 실험 지도가 더해진 셈이다.

그러나 적응의 대가라는 문장은 아직 가설의 강도를 넘어서는 안 된다. 배양세포와 여러 개체의 사후 관절 조직 비교는 어떤 조절변이가 특정 사람의 골관절염을 일으켰다는 증명이 아니고, GAG 감소가 직립보행·골반·두개골 형태를 만든 인과의 모든 단계를 닫지도 않는다. 이 연구로 개인 위험을 예측하거나 운동·치료를 정할 수 없다.

연구자들은 수십만 조절변이 가운데 실제로 세포 활성을 바꾸는 후보를 좁혀 인간 골격과 인간에게 흔한 퇴행성 질환을 같은 실험틀에서 물을 수 있게 됐다. 반대로 환자에게 당장 돌아갈 검사나 치료는 없고, 다음 단계에는 각 조절위치가 조직 발달과 질환에 미치는 기능을 따로 재현하는 일이 남는다.

그래서 지금 달라진 점은 사람과 유인원의 유전자를 따로 키운 세포가 아니라 같은 핵 안에서 비교하고, 인간 연골의 GAG 감소와 연결한 대규모 기능 지도가 생겼다는 것이다. 저는 이 연구의 힘이 ‘진화 때문에 관절염이 생긴다’는 쉬운 답이 아니라 몸의 이득과 취약성을 한 조절망에서 시험할 수 있게 한 데 있다고 봅니다. 다음에는 주요 변이의 발달조직 재현과 더 넓은 개체 표본, 질환 연관의 인과 실험을 확인해야 한다.