네안데르탈인 DNA가 얼굴 형성 과정 설명에 도움을 주다
by 생물학자 협회The Company of Biologists
모든 인간의 얼굴은 독특해 개인을 구분할 수 있다.
얼굴 특징이 DNA에 어떻게 인코딩되는지는 거의 알려져 있지 않지만, 고대 조상인 네안데르탈인 모습을 살펴보면 얼굴 발달 과정에 대해 더 자세히 알 수 있을 것이다.
네안데르탈인 얼굴은 큰 코, 뚜렷한 눈썹, 그리고 튼튼한 아래턱을 지녀 우리 얼굴과 매우 달랐다.
이제 영국 에든버러 대학교 유전학 및 암 연구소 산하 MRC 인간 유전학 연구실 과학자들은 멸종된 먼 친척의 DNA를 사용해 얼굴의 발달 및 진화 과정에 대해 더 자세히 연구하고 있다.
Development 저널에 게재된 이 연구에서는 네안데르탈인 DNA 영역이 인간보다 턱 형성 유전자를 더 잘 활성화한다는 사실을 보여주며, 네안데르탈인 아래턱이 더 큰 이유 중 하나를 밝혀냈다.
연구를 주도한 영국 에든버러 대학교 한나 롱Hannah Long은 과학자들이 고대 뼈에서 추출한 DNA를 사용해 네안데르탈인 유전체를 시퀀싱했다고 설명하며, "네안데르탈인 유전체는 현대 인류 유전체와 99.7% 동일하며, 종 간 차이가 외모 변화의 원인일 가능성이 높다"고 말했다.
인간과 네안데르탈인 유전체는 단백질을 암호화하고 세포에서 유전자가 사용되는 방식을 조절하는 약 30억 개 문자로 구성되어 있어 외모에 영향을 미치는 영역을 찾는 것은 마치 건초더미에서 바늘을 찾는 일과 같다.
다행히 롱과 동료들은 먼저 살펴봐야 할 부분을 잘 알고 있었다.
바로 아래턱이 불균형적으로 작은 증후군인 피에르 로빈 염기서열Pierre Robin sequence과 관련된 유전체 영역이었다.
롱은 "피에르 로빈 염기서열을 지닌 일부 사람은 유전체의 이 부분에 큰 결손이나 DNA 재배열을 지녀 얼굴 발달을 변화시키고 턱 형성을 제한한다.
우리는 DNA의 작은 차이가 얼굴 모양에 더 미묘한 영향을 미칠 수 있다고 예측했다"고 말했다.
연구팀은 인간과 네안데르탈인 유전체를 비교 분석한 결과, 약 3,000개 글자로 구성된 이 영역에서 두 종 간에 단 세 개 글자 차이만 있음을 발견했다.
이 DNA 영역에는 유전자가 포함되어 있지 않지만 유전자, 특히 얼굴 발달 과정 핵심 조정자인 SOX9라는 유전자의 활성화 방식과 시기를 조절한다.
이러한 네안데르탈인 특유의 차이가 얼굴 발달에 중요하다는 것을 보여주기 위해, 롱과 동료들은 네안데르탈인 영역이 배아 발달 과정에서 적절한 시기에 적절한 세포의 유전자를 활성화할 수 있음을 보여줘야 했다.
연구진은 네안데르탈인과 인간의 해당 영역을 제브라피시zebrafish DNA에 동시에 삽입하고, 인간 또는 네안데르탈인 영역 중 어느 쪽이 활성화하는지에 따라 제브라피시 세포가 서로 다른 색의 형광 단백질을 생성하도록 프로그래밍했다.
연구진은 제브라피시 배아 발달을 관찰한 결과, 아래턱 형성에 관여하는 제브라피시 세포에서 인간과 네안데르탈인 영역 모두 활성화해 있었으며, 네안데르탈인 영역이 인간보다 더 활성화해 있음을 발견했다.
"발달 중인 턱 근처 특정 세포 집단에서 발달 중인 제브라피시 얼굴 활동을 처음 관찰했을 때 매우 흥미로웠고, 네안데르탈인 특유의 차이가 발달 과정에서 그 활동을 변화시킬 수 있다는 것을 관찰했을 때는 더욱 흥미로웠다"고 롱은 말했다.
"이를 통해 이러한 차이가 어떤 결과를 초래할 수 있는지, 그리고 이를 실험적으로 어떻게 탐구할 수 있을지 고민하게 되었습니다."
네안데르탈인 염기서열이 유전자 활성화에 더 강력하다는 사실을 알게 된 롱과 동료들은 표적 유전자인 SOX9의 활성 증가가 성체 턱의 모양과 기능을 변화시킬 수 있는지 연구했다.
이 이론을 검증하기 위해, 연구팀은 제브라피시 배아에 SOX9를 추가로 제공했고, 턱 형성에 기여하는 세포들이 더 넓은 영역을 차지한다는 것을 발견했다.
롱은 "우리 연구실에서는 접시[?]에서 얼굴 발달 과정을 모방하는 기술을 사용하여 추가적인 DNA 염기서열 차이가 미치는 영향을 탐구하는 데 관심이 있다. 이 기술이 얼굴 질환을 가진 사람들의 염기서열 변화에 대한 이해와 진단에 도움이 되기를 바란다"고 말했다.
이 연구는 멸종된 종을 연구함으로써 우리 자신의 DNA가 얼굴의 변이, 발달, 그리고 진화에 어떻게 기여하는지 알아낼 수 있음을 보여준다.
More information: Kirsty Uttley et al, Neanderthal-derived variants increase SOX9 enhancer activity in craniofacial progenitors that shape jaw development, Development (2025). DOI: 10.1242/dev.204779
Journal information: Development
Provided by The Company of Biologists