인간 질환을 유발하는 '악동'이자, 치료할 수 있는 '해결사' , '후성유전인자'를 찾아서
난치성 질환 일으키는 후성유전인자 발굴
염증성 질환, 심근경색, 폐암 등의 근본적인 원인 찾아내는 연구
우리 몸이 갖고 있는 다양한 유전자들의 발현을 제어할 수 있는 분자기전을 연구하는 학문이 후성유전학이다. 선천적이 아닌 후천적인 요소로, 생활습관, 식습관이 크게 작용한다. 후성유전학적 변화를 통해서 인간이 고통받고 있는 다양한 난치성 질환이 발생하기도 하지만, 그 변화의 분자적 기전을 찾아내면 난치성 질환을 치료할 수 있는 단서가 될 수도 있다. 수많은 단서 중, 유의미한 단서를 찾아 의학적으로 풀어내고자 노력하고 있는 김동하 교수를 만나봤다.
후성유전학, 의학적으로 풀어내기
학부 때는 농생대에서 식물을 공부하고, 박사학위 때는 마우스 모델을 다루며, 식물부터 동물까지 생명 시스템을 연구한 김동하 교수는 “질환 모델 마우스 연구를 통해 얻은 성과를 인간에게 적용할 수 있는 기반을 마련하고 싶었습니다”라고 말했다. 덧붙여 “학위과정부터 꾸준히 관심을 두고 있던 사람의 난치성 질환의 근본적인 발병원인을 연구하고자 하였고, 그러한 목표를 이룰 수 있는 가톨릭대학교 의과대학 교수로 부임할 수 있어 기쁩니다”라고 밝혔다. 그는 마우스 모델을 활용해 후성유전학적으로 질병 치료 방법을 제시한 논문 2편이 저명한 저널에 게재되며, 후성유전학 분야 신진연구자로 주목받았다. 가톨릭 의대 해부학교실에 부임 후 자유롭게 연구할 수 있는 환경과 해부학교실 교수님들의 배려에 감사를 전한 김동하 교수는 “후성유전학을 기반하여 질환을 타겟하는 연구 컨셉을 잡는데 돌입했고 ‘의학 후성유전학 연구실(Medical Epigenetics Lab : MEL)’로 연구실명을 정했습니다. 다양한 난치성 질환에서 작용하는 후성유전인자들을 새롭게 발굴하고, 질환 관련 유전자들의 발현을 조절하는 메커니즘을 규명하는 연구를 주로 진행합니다. 궁극적으로 질환마다 특이적으로 활성화되는 후성유전인자들의 데이터베이스를 구축하여 임상 적용에 활용될 수 있도록 공유할 생각입니다”라고 설명했다.
오토파지(autophagy) 시스템 활용해, 단서 발굴한 논문 발표
2020년 9월 부임하자마자, 김동하 교수는 심장질환 관련 기초연구실 과제에 선정되어 심장 재생 과정의 후성유전학적 기전을 연구하고 있다. 그 후 개인연구과제로 ‘질환특이적인 후성유전인자 발굴 및 전사조절 기전 연구’를 진행하고 있는데, 과제명이 특징지어지지 않은 점을 물으니, 그는 “제 연구커리어의 큰 목표를 담고 있는 과제명이라고 설명할 수 있습니다”라고 대답했다. “저는 박사학위과정부터 질환 모델 마우스를 활용하여 염증성 질환의 발병기전에 관한 연구를 꾸준히 진행해 왔습니다. 이를 통해서 질환 발병기전 연구를 후성유전학적 관점에서 접근하고 in vivo 마우스 모델에 적용하여 효과를 확인하는 연구에 특화되어 있습니다. 패혈증, 궤양성 대장염, 코로나 19 등 다양한 질환 연구를 해왔는데, 앞으로는 더 많은 난치성 질환 연구로 범위를 확장해, 여러 사람에게 좋은 영향을 줄 수 있는 결과를 만들어내고 싶습니다”
그는 최근 후성유전학적으로 난치성 질환을 일으키는 수많은 단서 중 오토파지 시스템에 주목해 새로운 연구성과를 발표했다. 오토파지는 생체 내 재활용시스템인데, 대부분 질환에서 이 오토파지 시스템이 망가져 있는 걸 확인하고, ‘이를 조절하는 인자를 발굴하면 질환도 조절할 수 있지 않을까?’ 하는 아이디어에서 시작한 연구다. “CEB/P gamma라는 단백질이 오토파지 관련 유전자 발현을 조절한다는 내용으로 처음 보고한 논문입니다. 덧붙여 또 하나의 성과를 소개하자면, 생물 정보학 전문 연구그룹과 협업해서 만든 알고리즘으로 CEB/P gamma를 오토파지 주요 인자로 예측하였고, 이를 통해 저희가 사용한 알고리즘의 유용성을 검증받은 것입니다. 앞으로 다양한 질환 연구에 확장하여 적용할 수 있는 좋은 수단으로 인정받았다고 생각합니다”
수많은 단서를 찾아, 수많은 가능성에 도전
김 교수는 해부학교실 소속으로서 후성유전학적으로 이바지할 수 있는 부분을 많이 고민한다고 밝혔다. 천주교 재단 특성상 기증받은 수많은 시신의 숭고한 정신을 기릴 수 있는 연구성과를 내고 싶다는 게 그의 생각이다. “해부학 연구와 관련하여 풀지 못한 부분들도 후성유전학적 연구기법을 활용하여 연구해보고 싶습니다. 저희 가톨릭대학교 의과대학 해부학교실은 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 풍부한 물적, 인적 역량을 가지고 있어서, 이를 잘 활용할 수 있다면 좋은 연구 결실을 맺을 수 있으리라 생각합니다”
의사과학자가 화두인 요즘, 후성유전학은 의사과학자 양성에 한 축을 담당할 수 있는 연구 분야가 될 것이다. 결과보다는 원인과 과정에 주목하는 의사과학자 양성의 필요성을 느낀다는 김동하 교수는 후성유전학을 하는 가장 큰 핵심으로 다양한 유전자를 조절해 질환을 발생시키는 상위 조절인자를 찾아내는 것이라며, 수많은 단서 중 유의미한 인자를 발굴하고 이를 공유할 수 있는 연구 여정을 계획하고 있다고 밝혔다. 하나의 단서라도 놓치지 않고자 연구에 임하는 그의 마음을 엿볼 수 있는 대목이다. 우연이 아닌 수많은 데이터를 기반으로 한 필연의 단서를 찾기 위한 김동하 교수의 연구 여정은 이미 시작됐다.
[이슈메이커=임성희 기자]
