한국뇌연구원 주재열 박사 연구팀. 변이체인공지능으로 치매 변이체 발견

한국뇌연구원(KBRI) 주재열 박사 연구팀은 '변이체-인공지능'(Splice-AI)을 이용, 치매 모델의 특정 유전자에서 숨은 새로운 변이체를 최초로 발견했다고 21일 밝혔다. 이번 연구 성과는 지난 19일 국제 학술지인 미국국립과학원회보(PNAS)에 실렸다.

연구팀에 따르면, 스플라이스 변이체(alternative splicing)는 유전자의 발현을 조절할 뿐만 아니라 다양한 표현형에 영향을 준다. 특히 RNA 가공작업 중 하나인 RNA 이어 맞추기(스플라이싱)은 다양한 염기의 변화에 의해 영향을 받으며 특히 퇴행성 뇌질환에서 다양하게 발견되고 있다.

연구팀은 인간 전사체에 숨은 다양한 스플라이싱 현상을 딥러닝 기반 변이체-인공지능을 통해 치매 모델에 적용했다. 딥러닝을 통해 신호 전달 기작의 핵심 요소인 인간 'PLCγ1' 유전자에서 14곳에 숨은 스플라이싱 변이체 위치를 예측, 이를 바탕으로 인간과 동일한 쥐의 PLCγ1 유전자 위치에서 변이체가 나타나는 것을 확인했다.

또 알츠하이머 모델 쥐의 뇌 속 PLCγ1 유전자 27번째 엑손(단백질 합성 정보를 가지고 있는 유전자의 한 부분)에 1개 염기가 비정상 삽입하면서 비정상적 RNA 가공 현상이 나타난 것을 파악했고, 이때 염기 서열 변화가 단백질의 아미노산 변화를 유발해 이 변이체가 치매 특이적 현상임을 처음으로 밝혀낸 것이다.

인간 유전자 데이터를 기반으로 변이체-인공지능을 적용해 아직 밝혀지지 않은 스플라이싱 변이체 유발 가능성을 수치화하고, 이를 통해 얻은 분석 정보를 동물 질환 모델에 적용 가능하다는 점을 규명한 데 의의가 있다고 연구팀은 밝혔다.

주 박사는 "최근 변종 코로나19 바이러스도 염기의 변화를 통해 전염력이 증가된다는 연구가 보고되고 있다"며 "4차 산업혁명 시대의 핵심 기술인 인공지능과 뇌연구를 접목해 치매 질환 뿐만 아니라 뇌질환 및 다양한 질환에도 응용해 새로운 진단과 치료 전략에 중요한 정보를 제공할 수 있을 것"이라고 기대했다.

한국뇌연구원 내 임기환 연구원, 주재열 선임연구원, 양수민 연구원과 김성현 연구원(사진 왼쪽부터)이 스플라이싱 현상 데이터를 확인하고 있다. <한국뇌연구원제공>

노인호 기자

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