안데스 사람들은 티벳 사람들과는 다른 고산 적응 유전학적 배경 지녀

안데스 산맥의 고산지대 적응과 관련되는 후성유전학

by 에모리 대학교Emory University

 

출처: Pixabay/CC0 퍼블릭 도메인

DNA 시퀀싱 기술을 통해 유전체를 분석하여 인간이 다양한 환경에서 어떻게 적응했는지 알아낼 수 있다.

예를 들어, 히말라야 고산지대에 사는 티베트인들은 혈액의 산소 운반 능력을 증가시키는 독특한 유전자 변이가 있다는 연구 결과가 있다.

그러나 과학자들은 남미 안데스 산맥에 사는 원주민 유전체에서 이 "고산지대 유전자high-altitude gene"에 대한 강력한 신호를 발견하지 못했다.

낮은 산소 농도, 극한의 기온, 강렬한 자외선으로 극한 환경에서의 삶이 어려운 안데스 고원 해발 2,500미터 이상 고산지대에 사람들이 어떻게 적응했는지는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.

에모리 대학교 인류학자들이 주도한 연구는 이 안데스 산맥 미스터리를 탐구하기 위해 새로운 접근법을 시도했다.

안데스 인구의 후성유전학적epigenetic 적응 탐구

연구진은 유전 암호의 변화를 찾기 위해 원주민의 전체 유전체를 스캔하는 대신, 전체 메틸롬methylome을 스캔했다.

메틸롬은 유전체의 "후성유전학적epigenetic" 변화, 즉 DNA 메틸화DNA methylation라는 화학적 과정을 통해 유전자가 환경에 반응하여 어떻게 발현되는지를 보여준다.

환경 후성유전학Environmental Epigenetics 저널에 게재된 이 연구는 후성유전학이 이전에 알려진 것보다 적응에 더 큰 역할을 할 수 있다는 증거를 뒷받침한다.

연구진은 에콰도르 안데스 고원 지대 키추아족Kichwa과 에콰도르 페루 국경 지대 아마존 저지대 아샤닌카족Ashaninka, 이 두 현대 원주민 집단에 속하는 39명의 메틸롬을 비교했다.

이 연구 제1저자이자 에모리대 박사과정 학생으로서 이 프로젝트를 이끈 옘코 프라이어Yemko Pryor는 "이것은 이 두 집단에 대한 최초의 완전한 메틸롬 데이터"고 말했다.

"게놈 전체에서 수십만 개 부위에만 초점을 맞춘 많은 메틸롬 연구와 달리, 우리는 300만 개 염기쌍 전체를 분석하여 무엇을 발견할 수 있을지 살펴보았습니다."

인구통계 및 조상 분석. 출처: 환경 후성유전학(2025). DOI: 10.1093/eep/dvaf026

유전자 메틸화에 대한 주요 연구 결과

연구 결과, 혈관계 조절과 관련된 PSMA8 유전자와 심장 근육 조절과 관련된 FST 유전자의 DNA 메틸화에 저지대와 고지대 인구 간에 뚜렷한 차이가 있는 것으로 나타났다.

저고도 인구에 비해 고지대 인구에서 두 번째로 강한 신호는 근육 성장 및 신생 혈관 생성과 관련된 P13K/AKT 경로 내 유전자에서 발견되었다.

연구진은 이러한 후성유전학적 차이 간 상호작용이 고지대 안데스 인구에서 발견되는 소동맥의 근육화 증가와 높은 혈액 점도를 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 가설을 세웠다.

연구진은 이러한 차이가 티베트 인구에서 발견되는 것과는 다른 저산소 환경에 대한 독특한 혈관 적응을 나타낼 수 있다고 설명한다.

또한 연구진은 P13K/AKT 경로가 쥐와 인간 세포에서 저산소 조건 하의 세동맥 벽 비후arteriole wall thickening와 관련이 있음을 지적했다.

연구진은 "인간의 세동맥 벽 비후는 폐동맥 고혈압 발생과 관련이 있으며, 이는 다른 고지대 인구에 비해 안데스 고지대 인구에서 더 흔하게 나타난다"고 기술했다.

이번 연구는 또한 색소 침착 관련 유전자 39개의 메틸화에서 두 집단 간에 뚜렷한 차이를 확인했는데, 이는 고지대 집단이 강한 자외선에 적응하는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있다.

적응 및 유전에 대한 함의

"이번 연구 결과는 유전체에서 이러한 강력한 신호를 발견하는 것이 아니라 메틸롬을 살펴보면 이러한 변화를 발견할 수 있다는 점에서 특히 흥미롭다"고 에모리대 인류학과 부교수이자 이 연구 수석 저자인 존 린도John Lindo는 말했다.

유전자 선택 이론은 시간이 지남에 따라 개체군의 적응을 돕는 유전자가 확실하게 유전되어야 하며, 따라서 유전체의 유전 코드에 나타나야 한다고 주장한다.

그러나 후성유전학적 변화는 환경적 영향에 대한 더 유연한 반응을 나타내며, 반드시 자손에게 유전되는 것은 아니다.

린도는 "이 연구에 참여한 키추아족은 단순히 안데스 고원에 도착한 것이 아니다. 그들의 조상은 거의 1만 년 동안 그곳에 살았다"고 말했다.

"이번 연구 결과는 후성유전학이 오랫동안 적응에 기여할 수 있음을 시사합니다."

협력 및 연구 인프라

이번 논문 공동 저자로는 에콰도르 중앙대학교, 페루 리마에 있는 의학 및 법의학 연구소, 리우데자네이루 국립대학교, 이탈리아 파비아에 있는 파비아 대학교가 참여했다.

린도는 2020년 에모리 대학교에 린도 고대 DNA 연구실Lindo Ancient DNA Laboratory을 설립했다.

최첨단 시설을 갖춘 이 연구실은 미국 내 소수 고대 DNA 연구실 중 하나이며, 고대 유물을 둘러싼 복잡한 미스터리를 푸는 모든 과정에 참여하는 세계적으로도 몇 안 되는 연구실 중 하나다.

이 연구실은 유럽인과의 접촉으로 인한 변화를 포함한 환경 변화가 아메리카 원주민과 다른 집단의 생물학에 어떤 영향을 미쳤는지 탐구하는 데 중점을 둔다.

6월 에모리 대학교에서 박사 학위를 받은 프라이어는 "나는 연구실에 합류한 최초의 대학원생 중 한 명이었다"고 말한다.

"연구실을 처음부터 구축하는 방법을 배우면서 분석 및 기술 실무 능력도 쌓았습니다."

연구실 업무 대부분은 고대 DNA 연구에 집중하지만, 현대 원주민 집단에 대한 분석도 병행한다. 비교 연구 및 고대 표본이 부족할 때 핵심 질문의 빈틈을 메우기 위한 목적이다.

에모리 연구실은 원주민과 지역 과학자들과 관계를 구축하여 연구를 수행하기 위한 전면적인 협력을 구축하고 참여 커뮤니티가 연구 결과에 접근할 수 있도록 보장한다.

지역 사회 참여와 향후 방향

프라이어는 에모리 대학교에서의 경험 일환으로 에콰도르를 방문하여 지역 고고학자들과 연구실의 연구 프로젝트에 참여하는 원주민 공동체 구성원들을 만났다.

"인류를 연구하는 과학자로서, 데이터 그 이상의 가치를 추구하고 사람들과 공동체를 이루는 것 또한 중요하다"고 그녀는 말한다.

"연구실에서 분석하는 것을 좋아하지만, 현장에 나가 사람들과 직접 소통할 수 있었던 것은 저에게는 아름다운 경험이었습니다."

본 논문 핵심 구성 요소는 연구팀이 키추아족과 아샤닌카족 공동체에 연구 결과를 직접 전달하기 위해 개최할 워크숍이다.

공동 저자인 다니엘 리바스 알라바Daniel Rivas Alava는 에모리 대학교 인류학 대학원생이자 에콰도르 출신으로 현재 키추아족 워크숍을 개발하고 있다.

프라이어는 6월에 에모리 대학교를 졸업하고 현재 미시간 대학교 티나 라시시Tina Lasisi 연구실에서 박사후 연구원으로 재직하며, 색소와 머리카락을 중심으로 인간 특성의 변화에 대한 진화와 유전적 기초를 연구하고 있다.

"에모리에서 배운 여러 기술, 특히 계산 기술을 활용하고 있다"고 프라이어는 말한다.

"제 꿈은 학계에 남아서 언젠가 저만의 고대 DNA 연구실을 여는 것입니다."

More information: Yemko Pryor et al, Whole methylomes reveal high-altitude-associated methylation at hypoxia and pigmentation genes in South American Indigenous populations, Environmental Epigenetics (2025). DOI: 10.1093/eep/dvaf026 

Provided by Emory University