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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

정크 DNA는 정말로 쓸모없을까? : 유사유전자를 통하여 본 정크

정크 DNA는 정말로 쓸모없을까? 

: 유사유전자를 통하여 본 정크(junk) DNA의 놀라운 기능들 

(Is junk DNA useless? : The marvelous functions of pseudogenes)


요약 : 유사유전자(pseudogene)는 유전체의 진화과정에서 기능을 상실한 부산물로 오랫동안 여겨져 왔다. 유사유전자의 진화론적 기원에 대한 보편적인 견해와는 반대로 최근에 여러 유사유전자들이 유전자의 발현을 조절하는 필수적인 기능을 하고 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 발견들은 유사유전자의 진화론적 정의에 대한 모순을 보여주고 있으며 유전체의 기원에 대한 창조론적 관점의 개발을 요구하고 있다.       

Abstract : Pseudogenes have long been regarded as non-functional by-products in the process of genome evolution. Contrary to dominant evolutionary view on the origin of pseudogenes, recent studies have also uncovered their diverse regulatory functions. These findings are contradictory to the evolutionary definition of pseudogene and this situation requires a creationist's perspective on the origin of genome.


Ⅰ. 서론

   분자수준에서 생명현상은 DNA에 저장된 정보가 RNA로 전달되고, 이를 기초로 다양한 생물학적 역할을 수행하는 단백질이 만들어지면서 일어나게 된다. 2000년대에 들어와서 인간 유전체(genome)의 모든 정보가 해독되면서 알려진 의외의 사실 중의 하나는 단백질을 암호(coding)하는 유전자의 숫자가 2-3만개 정도로 예상보다 매우 적다는 것이었다.[3] 또한 30억여 개의 염기로 구성되어 있는 인간 유전체에서 단지 약 1% 정도만이 단백질로 발현되는 정보를 가지고 있는 암호부위(coding regions)이며, 나머지 대다수를 차지하는 99%의 부위가 비암호부위(non-coding regions)로 밝혀졌다.

이렇게 99%를 차지하는 비암호 부위에서 약 24% 정도는 단백질을 암호하는 부위인 1%에 해당되는 엑손(exon)을 연결하는 인트론(intron)을 이루고 있으며, 나머지 50%는 다양한 반복서열(repeated sequences)을 이루고 있다. 결국 이러한 반복서열들은 인간 유전체 절반을 차지하고 있으며, 현재까지는 별다른 기능이 없는 것으로 간주되고 있다.[4]  

유사유전자(僞遺傳子, pseudogene)는 이러한 반복서열들 중의 하나로 유전자의 돌연변이로 인해 정상적인 유전자와는 달리 단백질을 생성하지 못하는 것으로 알려져 있다. 유전체가 오랜 시간 진화를 거듭하는 동안 많은 유전자들이 중복(duplication)의 과정을 통해 새로운 유전자 사본들을 만들었고, 이들 중에는 잘못된 돌연변이가 일어나 정상적인 기능을 잃어버리게 되어, 결국은 단백질을 생산하지 않는 유사유전자들이 유전체 속에 남게 되었다는 것이다.

그래서 이러한 유사유전자들은 소위 말하는 쓸모없는 ‘쓰레기 유전정보(junk DNA)’들 중의 하나로 규정되기도 하였고, 분자수준에서 유전체의 진화를 증거하는 ‘분자화석(molecular fossil)’의 하나로 여겨져 왔다.[5] 하지만 최근 들어서면서 이러한 유사유전자들이 기존에 생각했던 것과 달리 어떠한 기능을 할 것이라는 연구결과들이 계속 발표되고 있는데, 여러 유사유전자들이 세포내에서 관련 유전자의 발현을 조절하는 중요한 역할을 세포내에서 수행하고 있다는 것이다.

이러한 사실들은 유사유전자가 단순히 진화과정에서 생겨난 필요 없는 부산물이 아니라, 본질적으로 유전자의 발현과 조절에 있어서 기능하고 있다는 가능성을 제시하고 있는 것이다. 따라서 본고에서는 이러한 보고들을 기초로 하여 유사유전자의 기원과 기능에 대한 진화론의 전제와 문제점을 살펴보고, 창조론의 관점에서 유사유전자의 기능이 가지는 의미를 새롭게 조명해 보고자 한다.  


Ⅱ. 유사(類似)유전자의 개념과 특성

세포내에서 DNA의 유전정보는 RNA로 전사(transcription)된 다음 이 정보는 다시 생명현상을 실질적으로 수행하는 단백질로 번역(translation)되게 된다. 유전자(gene)는 이처럼 구체적으로 생명현상을 실행할 수 있는 단백질로 번역되어지는 유전정보를 암호하는 DNA 부위를 지칭하는 용어이다. 이에 반하여 유사유전자(pseudogene)는 단백질을 암호하는 관련된 유전자와 비교해 보았을 때 높은 ‘상동성(homology)’은 보여주지만, 단백질로 번역되지 않아서 기능을 가지지 않는 ‘비기능성(nonfunctionality)’ 유전정보로 지금까지 정의되어져 왔다.[6]

유사유전자의 첫 번째 특성인 상동성은 기존의 알려져 있는 유전자와 유사유전자의 DNA 염기서열을 함께 정렬해 비교해 보면 40% 정도에서 부터 100%에 가까운 높은 유사성과 일치도를 나타내어 유전자와 유사유전자가 서로 동일한 기원에서 출발하였다는 것이다.

두 번째 특성인 비기능성은 유전자로부터 단백질이 만들어지는 여러 과정가운데 문제가 있어서 제대로 기능하는 단백질을 만들 수 없다는 것이다. 이러한 비기능성을 나타내는 요인으로는 유전자의 발현을 조절하는 여러 부위에서 돌연변이가 나타났기 때문이라고 본다.

그런데 이러한 유사유전자의 특성인 상동성과 비기능성의 개념 속에는 기능을 가진 유전자와 이와 연관된 유사유전자가 서로 동일한 기원에서 출발하였고, 오랜 시간동안 돌연변이와 선택을 통해 변화되어 왔다는 진화론적 전제를 가지고 있다고 할 수 있다.    


Ⅲ. 유사유전자의 기원에 대한 진화론적 관점 : 분자화석(molecular fossil)

그러면 이러한 유사유전자들의 기원에 대하여 현대 분자생물학은 어떻게 설명하고 있는지를 살펴보고자 한다. 전형적인 유사유전자의 기원에 대한 설명은 유전자 중복(gene duplication)에 의한 유전체의 진화과정과 기본적으로 동일하다. 하나의 기능을 가진 유전자가 유전자 중복의 과정을 통하여 새로운 사본의 유전자를 생성한 다음 각각은 진화의 시간동안 다양한 변이를 겪게 된다는 것이다. 그중 어떤 사본의 유전자는 유전자 발현에 필수적인 조절부위, 시작부위 혹은 종결부위에 잘못된 돌연변이나 나타나게 되었고, 그 결과 유전자를 발현시키기 위한 인자들이 결합하지 못하거나, 암호부위에서 비정상적인 종결신호가 잘못 발생하거나 혹은 유전암호의 해독틀이 어긋나면서 정상적인 단백질을 만들지 못하는 현상이 일어나게 된다.[7]

결국 유사유전자는 진화의 과정 속에서 사라진 생물들의 역사를 보여주는 화석과 마찬가지로 분자수준에서 유전체 진화의 역사를 보여주는 분자화석(molecular fossil)이라는 견해가 정설로 받아들여지고 있었다.


Ⅳ. 유사유전자의 기능에 대한 최근의 연구결과 : 유전자 발현조절

   유사유전자들은 진화의 결과 단백질을 만들지 못하는 기능을 잃은 유전정보라는 통념에도 불구하고, 수천 개의 유사유전자들이 RNA로 활발하게 전사되며, 구체적으로 어떤 유사유전자들을 유전자발현을 조절하는 중요한 기능을 수행한다는 보고가 최근에 계속되고 있다.[8, 9]

유사유전자의 기능에 대한 연구는 1999년 달팽이의 뇌세포에서 일산화질소를 합성하는 효소(nitric oxide synthase)의 전령 RNA가 유사유전자의 전사체와 결합하여 번역이 억제되는 현상이 보고되면서 구체적으로 시작되었다.[10] 다시 4년 뒤에 생쥐에서 유사유전자로 알려진 markorin1-p1은 연관된 유전자인 markorin1의 전령RNA의 분해를 막고 이의 번역을 촉진시킨다고 보고되었다.[11] 실지로 유사유전자인 markorin1-p1에 문제가 생긴 형질전환 생쥐는 태어난 직후 다양한 장기에 손상을 보여 생존하지 못하였다. 이 연구결과를 계기로 하여 유사유전자가 기능이 없는 유전정보가 아니라 조절 요소로서 작용할 가능성이 본격적으로 거론되기 시작하였고, 이에 대한 거센 반론이 제기되기도 하였다.[12]

그러는 가운데 최근 수년 동안에는 지금까지 베일에 싸여 있었던 많은 비암호(noncoding) RNA의 기능에 대한 연구결과들이 활발히 축적되었고, 이들이 유전자의 발현을 직접적으로 조절한다는 것이 증명되었다. 대표적으로 두 가닥으로 이뤄진 이중나선 RNA에 의해 유전자 발현이 억제되는 RNA 간섭현상(RNA interference, RNAi)을 들 수 있다.[13] 이러한 RNA들에 의한 유전자 발현조절에 대한 연구결과가 명백해지는 가운데, 2008년부터 여러 유사유전자들이 바로 이러한 역할을 수행하고 있다는 사실이 활발히 보고되기 시작하였다.[14]

구체적으로 생쥐의 난모세포(oocyte)에서는 유사유전자로부터 생성된 small interfering RNA(siRNA)가 연관이 있는 전령 RNA를 분해시켜 유전자 발현을 직접 조절하는 것으로 나타났다.[15] 유사유전자에서 유래한 안티센스(antisense) 전사체가 단백질을 암호화하는 유전자와 결합하여 내생적인 siRNA 역할을 하는 RNA 복합체를 형성하기 때문이다. 또한 초파리에서도 생식세포와 체세포에서 유사유전자로부터 헤어핀(hairpin)구조의 siRNA가 만들어져서 전위요소(transposon)의 기능을 조절하는 것으로 보고되었다.[16]

이처럼 RNA로 전사되는 수많은 유사유전자들의 기능들은 앞으로도 계속 발견되어 보고될 것으로 예상된다. 따라서 최근에 계속 발표되고 있는 연구결과들을 종합해보면 특별히 활발하게 RNA로 전사되고 있는 여러 유사유전자들은 진화의 과정 중에서 그 기능을 상실한 것이 아니라, 본질적으로 연관된 유전자들의 발현을 촉진하거나 억제하는 필수적 조절요소라는 설명을 가능하게 될 것으로 보인다.
 

Ⅴ. 유사유전자의 기능에 대한 창조론적 고찰

   최근에 진화론적인 전제로만 정의되어진 유사유전자들의 기능이 조금씩 밝혀지고 있으며, 많은 유사유전자들이 생명현상의 조절에 있어서 분명한 역할을 하고 있다는 사실은 창조론적으로 유전체의 기원과 기능을 설명할 수 있는 새로운 기회를 제공하고 있다고 볼 수 있다.

전술한대로 유사유전자는 그 정의에서 부터 기능을 가지지 않는다는 사실을 전제로 붙여진 이름이다. 따라서 유사유전자가 기능을 가진다는 것은 이러한 유사유전자들의 정의와 개념이 근본적으로 잘못된 전제 속에서 세워졌다는 것을 보여준다. 실제로 유전체의 분자 진화학을 연구하는 과학자들 그룹에서는 유사유전자가 기능을 가지는 현상을 현대 진화론의 틀 안에서 설명하는 것이 매우 어려운 문제임을 인정하고 있다.[17]

앞에서 언급한 것처럼, 현대 분자생물학에서는 어떤 유전자가 유사유전자인지 판정하는 기준으로 단백질로 발현되어 가지는 기능성의 유무에 두고 있다. 그런데 여기서 유념해야 할 점은 이러한 유사유전자의 비기능성은 실험적으로 증명된 것이라기보다는 대부분이 컴퓨터를 이용한 생물정보학의 방법으로 예측된 결과라는 점이다.[18] 이 때 유전자의 ‘기능’을 단백질 생성유무라는 제한된 관점에서 놓고 보았기에, 유사유전자들은 기존의 전형적인 유전자의 발현의 법칙을 따르지 않아 발현되지 못하게 되고, 정상적으로 기능하는 단백질을 만들 수 없으므로, 유사유전자는 진화과정에서 생긴 돌연변이의 결과물이고, 생물진화를 DNA 수준에서 보여주는 분자화석이라고 미리 규정되어 버렸던 측면이 강하다.

이러한 유사유전자의 기능에 대한 발견은 진화의 증거로 제시되는 흔적기관(vestigal organ)의 역할이 규명되고 있는 것과 유사하다. 잘 알려진 대로 인간의 꼬리뼈나 맹장의 충수 등이 한때 필요했다가 지금은 쓸모없어 퇴화되어 버린 흔적기관으로 여겨졌지만, 해부학과 의학이 발달하면서 꼬리뼈가 인체의 균형과 안정에 필요하고, 충수가 면역체계에 중요한 역할을 하고 있음이 알려진 것과 같은 맥락인 것이다.[19] 즉 진화론적 관점에서 기능을 잃고 불필요해졌다고 여겨진 기관과 분자들이 연구가 계속됨에 따라서 그 역할과 존재의 목적이 상세히 밝혀지고 있는 것이다.

이와 더불어서 유사유전자와는 달리 단백질로 발현되지만, 돌연변이 등으로 인해 효소의 기능을 잃어버렸다고 여겨진 유사인산화효소(pseudokinase)들 중의 하나도 특별한 생리적 조건에서 효소활성이 살아나는 것으로 보고되었다.[20] 이 발견으로 이러한 효소들이 기능을 잃어버린 것이 아니라 다른 방식으로 작용할 가능성이 대두되고 있기도 하다.

최근의 이러한 연구결과들은 생명현상에 대한 우연적이고 무목적적인 진화론적인 전제보다 생명체를 이루는 모든 구성요소들 각각에는 목적과 의도가 숨겨져 있다고 보고 그것을 밝혀내고자 하는 창조론적 관점이 현대과학의 성과를 온전하게 설명하는데 보다 나은 접근법임을 보여주는 좋은 예라고 할 수 있다.


Ⅵ. 결론

이상에서 살펴본 바와 같이 유사유전자가 유전체 진화과정에서 생긴 분자화석이라는 견해는 진화론적 편견에 의한 잘못된 선입견에 기인한 것으로 판명되고 있다. 따라서 유사유전자들의 기능에 대한 연구결과가 계속 밝혀진다면, 이들에 대하여 진화론적 전제를 배제한 새로운 이름이 주어지는 것이 필요할 것으로 보인다. 더 이상 유사유전자들을 ‘비기능성’ 이라는 진화론적 패러다임에 가두어 두는 것은 유전체의 다양하고 경이로운 조절현상에 대한 온전한 이해를 제한하는 결과가 될 것이다.

유사유전자 외에도 특별히 인간유전체의 대부분을 차지하고 있는 반복서열을 비롯한 발현되지 않는 많은 유전정보들이 생명현상에 어떻게 관여하고 기능하는지에 대하여서는 아직 상세히 밝혀지지 않았으며, 이들 대부분은 진화론적 관점에서 본다면 기능하지 않을 것으로 예측되고 있다. 하지만 유전체의 많은 부분을 포함하는 반복서열들의 기능들도 앞으로 계속적으로 밝혀질 것으로 보이며, 이는 유전정보의 기원과 의미를 설명하는 새로운 창조론적 조망을 절실히 요구하게 될 것이다.



.각주 및 참고문헌

[1] 박춘호 : 포스텍 생명과학과 박사과정
[2] 김경태 : 포스텍 생명과학과 교수
[3] Benjamin Lewin, Genes IX (Sudbury: Jones and Bartlett Publisher - 2008), 83.
[4] 반복서열에는 전위요소(transposon), 유사유전자, 염색체 복제영역 등이 존재한다.
[5] Benjamin Lewin, Genes IX (Sudbury: Jones and Bartlett Publisher - 2008), 108-109.
[6] Ibid.
[7] DNA에 하나 또는 그 이상의 뉴클레오티드(nucleotide)가 부가되거나 혹은 결실(缺失)됨으로써 유전 암호의 해독틀이 이동하여 어긋남으로 인해 일어나는 돌연변이로 frame shift로 불린다.
[8] 인간의 유전체에서 유사유전자의 숫자는 다양하게 예측되고 있는데, 적게는 4천여 개, 많게는 2만여 개 정도 될 것으로 학자들은 보고 있다.
[9] The Encode Project Consortium, Nature 447, 799-816, 2007.
[10] Korneev. S.A. et al. J. Neurosci 19, 7711-7720, 1999.
[11] Hirostune, S. et al. Nature 423, 91-96. 2003.
[12] Gray, T.A. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103, 12039-12044. 2007.
[13] RNA 간섭현상은 이중나선 구조의 RNA가 small RNA(sRNA)로 바뀐 뒤 세포 내의 전령 RNA를 절단, 분해시키는 과정을 말한다. 미국 스탠퍼드대의 Andrew Fire와 메사추세츠 의대의 Craig Mello는 이 현상을 발견한 업적으로 2006년 노벨생리의학상을 공동수상했다.
[14] Sasidharan , R and Gersein M. Nature 453, 729-731, 2008 : 2008년 한해동안 Science와 Nature誌에는 6편의 유사유전자의 기능에 관련된 연구가 발표되었다.
[15] Kawamura. Y. et al Nature 453, 793-797. 2008.
[16] Okamura K. et al Nature 453, 803-806, 2008.
[17] Zheng, D. and Gerstein, B, Trends in Genetics, 23,219-225, 2007.
[18] http://en.wikipedia.org/wiki/Pseudogene.
[19] Jerry Bergman, Vestigal organs are fully functional (Creation Research Society Books, 1990).
[20] Kannan N, Taylor SS. 'Rethinking pseudokinases.' Cell 133, 204-205, 2008.


 *참조 : 쓸모없는 줄 알았던 ‘정크 DNA’ 사실은 질병 다스린다 (2012. 9. 7. 동아일보)
http://news.donga.com/Society/3/03/20120907/49186786/1

‘쓰레기 DNA’ 질병과 직접 연관 (2012. 9. 6. 경향신문)
http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201209062139425&code=930401

쓰레기 취급 ‘정크 DNA’ 알고보니 질병 관장 (2012. 9. 7. 문화일보)
http://www.munhwa.com/news/view.html?no=2012090601030132071002

인간 DNA 백과사전 완성 (2012. 9. 6. 아시아경제)
http://www.asiae.co.kr/news/view.htm?idxno=2012090609492568320

국제연구팀 ”게놈 80% 기능 보유”…질병연구 진전 기대 (2012. 9. 6. 교도뉴스)
http://www.47news.jp/korean/science/2012/09/049135.html

인간 DNA에 버릴 건 없더라 (2012. 9. 9. 동아사이언스)
http://news.dongascience.com/PHP/NewsView.php?kisaid=20120909200002334658&classcode=01

'정크 DNA’의 퇴장, 생명연구의 확장 (2012. 9. 14. 한겨레)
http://scienceon.hani.co.kr/55965



출처 - 2009. 10. 10. 한국창조과학회 학술대회

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=4780

참고 : 4710|4366|4182|3998|3892|3281|4008|2771|2765|4700|4672|4671|4648|4634|4616|4509|4466|4491|4477|4389|4126|4011



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