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우리 뇌의 돌연변이가 정신 건강에 영향을 미치는지 알아보기 위한 탐구
뇌의 모자이크 현상은 "마음의 건강"과 관련이 있을까?
뇌의 유전자 모자이크 현상과 자폐증, 정신분열증, 알츠하이머병 등 정신질환과의 관련성이 밝혀지고 있다. 맥코넬 박사는 극빈의 대학원생 시절부터 20년 이상 이 분야의 연구에 경력을 보냈다.
마이크 마코넬이 자신의 경력을 무엇에 지출할지 결정했을 때 그는 29세. 박사 학위를 취득하는 궁금했지만, 일문 없음이었다. 마코넬은 체내의 면역 세포가 끊임없이 자신의 DNA를 재배열하고 침습성 병원체에 결합하는 적절한 형태의 수용체를 만들어 인간을 병원체로부터 지키고 있다고 생물학 수업에서 배웠다 . 1990년대 후반에 버지니아주의 버지니아 공과대학에서 면역학 석사 학위 과정을 수료했을 무렵, 룸메이트와 함께 맥주를 마시면서 면역 메커니즘에 대해 뜨겁게 토론한 것이다. “갑자기 이 아이디어가 섬뜩했어요”라고 마코넬 박사는 회상한다. 유전자의 재배열이 면역계의 기능을 돕는다면, 다른 곳에서 발생할 수 있습니까? 뇌는 어때? 「뉴런에서도 유전자의 재배열이 일어나고 있으면 대단한 것은 아닐까?」라고 생각했다고 한다.

당시 대부분의 과학자들은 정상적인 신경계의 세포가 동일한 게놈을 가지고 있다고 가정했다. 그러나 마코넬이 과학문헌을 조사한 결과, 이 의문을 추구하고 있는 것이 자신만이 아님을 알았다. 캘리포니아 대학 샌디에고 학교(UCSD)의 신경과학자인 제롤드 춘 박사가 이 주제에 이미 일하고 있었다. 마코넬은 춘 박사에게 편지를 쓰고 서해안에 있는 춘 박사의 연구실에 넣어달라고 부탁했다. 다만, 문제가 하나만 있었다. 마코넬은 샌디에고까지 가는 금전적 여유가 없었던 것이다.

마코넬은 '그냥 먹거나 먹지 않는 가난대학원생'으로 농청의 1966년식 포드 머스탱을 수리할 돈이 없었다. 가족 가운데 처음으로 대학에 진학했기 때문에, 이용할 수 있는 전수나 코네도 별로 없었다. 「이사 비용을 원조해 주는 사람은 아무도 없었습니다」라고 되돌아 본다. 춘 박사는 마코넬이 깨진 차를 수리하고 나라를 건너고 자신의 가설의 검증을 시작할 수 있도록 1000달러를 제공했다.

마코넬은 특수 염색액을 사용하여 마우스 배아와 성체 마우스 뉴런의 염색체를 염색했다. 그리고 대부분의 연구자들이 예측한 것과 같은 유전자의 완전한 카피가 아니라 면역세포에서 보이는 것과 유사한 유전자의 재배열이 뉴런에서 일어나 다양성이 생기는 것을 발견할 것으로 기대했다. . 그러나 그 대신 서서 계속 발견한 것은 염색체의 수가 잘못된 뇌세포였다.

세포는 분열되어 딸 세포에 대한 DNA를 복제할 때 유전자 사본이 잘못 추가되거나 손실될 수 있다. 이것은 면역계에 유익한 염색체 내 재배열과는 달리 매우 해로운 오류로 여겨졌다. 뉴런이 유전 물질에서 이러한 큰 변화를 견딜 수 있다고 생각할 수 없었다. 그러나 마코넬은 염색체가 여분이거나 없어진 비정상적인 뉴런을 세우고 계속 발견했고 마침내 과학적 가정의 재검토를 강요했다. “우리는 이 미친 아이디어를 진지하게 받아들였습니다.”라고 마코넬 박사는 말합니다. 같은 연구실의 박사 연구원인 스티븐스 레이엔은 연구에서 뉴런을 배양한 전문 지식이 있었기 때문에 그 데이터를 분석했다.

2001년에 발표된 레이엔과 마코넬 등의 팀의 연구에서는, 발육 중인 마우스의 배아의 중추신경계에 완전하지 않은 유전자의 카피가 포함되어 있는 것으로 나타났다. 각 마우스의 배아의 뉴런 중 평균적으로 약 3분의 1이 염색체를 잃고 있거나, 염색체가 여분에 있는 것을 알았다. 그 결과는 "유전자 모자이크"로 알려져 있었다. 이들 세포의 대부분은 생존할 수 없었지만, 성체 마우스의 뇌까지 살아남은 세포도 있었다. 마코넬과 춘 박사 등은 그러한 유전자 모자이크가 무엇을 의미하는지 생각을 돌렸다. 아마도 인간에서는 신경 장애, 심지어 정신 질환의 원인이 될 수 있습니다. 어쨌든, 유전자적으로 동일한 뇌세포라는 종래의 개념이 잘못되었던 것은 수수께끼 풀림에 있어서의 초기 단서였다.

당시 정신질환의 생물학적 인과를 이해하려고 했던 과학자들은 주로 수태의 순간에 가까운 곳에서 발생하여 사람의 모든 세포에 반영되는 유전자의 돌연변이를 찾고 있었다. 그런데, 단일 유전자가 특정 질환의 원인일지도 모른다는 흥미를 돋우는 단서가 나타났다. 예를 들면, 1970년에, 기괴한 언동을 수반하는 한 스코틀랜드인의 10대 젊은이에게는, 망가진 유전자 영역이 존재하는 것을 알았다. 그리고 정신질환을 안고 있는 그의 친척에도 같은 이상이 있었던 것이 판명되었다. 연구자가 "DISC1(disrupted-in-schizophreni, 정신분열증에서의 붕괴)"이라고 명명한 이 에러의 특정에는 30년이 걸렸다.

지금까지 1000건 정도의 연구 논문이 발표되었지만, DISC1(또는 다른 단일 유전자)이 정신분열증에 관여하는지 여부에 대해서는 여전히 많은 논의가 나오고 있다. 몇몇 다른 유전자들도 원인이 될 수 있는 것으로 조사되었고, 120개가 넘는 곳이 돌연변이가 정신분열증의 위험을 증가시키는 것으로 생각되는 한 인간 게놈 전체에 대한 연구에서 지적되었습니다. 그러나 이러한 정신분열증 유전자의 광범위한 수색이 이루어지더라도 지금까지 연구된 단일 유전자 또는 돌연변이는 DISC1을 포함한 정신분열증의 결정적인 원인으로 여겨진다. 그렇게 큰 영향을 미치지 않는 것 같다.

사실, 과학자들은 자폐증과 알츠하이머병과 같은 대부분의 뇌 장애를 일으키는 특정 유전자를 찾는 데 어려움을 겪었다. 인간 몸의 다른 부분의 문제와는 달리, "뇌 장애의 증상의 대부분은 식별 가능한 유전자와 관련이 없습니다." 곳(Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute)에 근무하는 춘 교수는 말한다.

그러나 마코넬 등의 연구는 또 다른 생각을 보였다. 항상 인지의 문제를 일으키는 것이 결함이 있는 단일 유전자, 또는 일련의 유전자가 아니었다면 어떨까? 원인이 세포 간의 유전자 차이로 인한 것이라면 어떨까요?

이 해석에는 무리가 있는 것처럼 보였지만, 보다 많은 연구자들이 그것을 진지하게 생각하기 시작했다. 과학자들은 이미 뇌의 850억에서 1000억 뉴런이 어느 정도 협조하여 기능한다는 것을 이미 알고 있었다. 그러나, 이들 세포의 일부가 다른 뇌세포와는 다른 유전자를 가지고 있을 가능성이 있는 경우에, 어떤 리스크가 존재하는지를 알고 싶었다.

정설에서 탈각

현재 51세의 마코넬 박사는 이 의문에 대답하기 위해 자신의 경력의 대부분을 보냈다. 교수연한 짧은 턱수염을 축적하고, 사각 안경을 쓰고 있어, 조금 서퍼 같은 말을 한다. 그러나 격렬함도 갖추고 있다. 할리우드 스타 리암 니슨의 어린 시절과 조금 비슷하며 눈은 우울하고 분위기가 있고 이마에는 주름이 있다. UCSD에서 박사 학위를 취득한 후, 마코넬은 다시 짐을 정리하고 보스턴으로 옮겨 하버드 대학 의학부에서 박사 연구원이 되었다. 그러나 침착하지 않았다. 추운 기후를 선호하지 않았기 때문에 캘리포니아로 돌아가서 그곳에서 발견 된 뇌의 유전자 차이에 대한 데이터를 검토하고 싶었다. "모자이크 현상은 제가 다룰 수 있는 가장 흥미로운 것이라고 생각했습니다. 한겨울을 보스턴에서 보냈기 때문에 샌디에고가 정말 그리워졌습니다."라고 마코넬 박사는 갈색 머리카락의 끝을 귀에 뒤로 흘리면서 회상했다.

거기서 마코넬 박사는 샌디에고에 있는 소크 연구소(Salk Institute)의 신경 과학자인 러스티 게이지 박사와 연락하기 시작했다. 게이지 박사는 유전적 다양성에도 관심을 보였으나, 다른 과학적 정설에 대한 반론으로 가장 잘 알려져 있었다. 오랫동안 성인은 결코 새로운 뉴런을 만들 수 없다고 생각되어 왔지만, 게이지 박사는 1990 년대 후반에 해마라고 불리는 뇌 영역에서 세포가 새로 탄생한 증거에 대해 자세히 설명한 논문....

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