후성 유전체학(Epigenome) 개요 #

후성 유전체 정보는 세포분열 동안에 다음 세대에 전달되지만 DNA 서열에 의존하진 않는다. 전체 게놈 레벨에서 후성 유전체 정보를 체계적으로 생산하기는 어려웠으나, 최근 측정 기술이 발달함에 따라 다양한 현상을 이해하려는 노력이 늘어나고 있다. 특히 인간의 질병에서 후성 유전체 정보의 역할에 대한 관심이 증가하고 있다.

후성 유전체 정보에는 DNA 메틸화(DNA Methylation), 히스톤 변형(Histone modification), 비암호화 RNA(Noncoding RNA)를 포함하는 여러 가지 형태 안에서 전달된다. 이들 요소는 염기서열 변화 없이 세포가 분열되는 동안 유전자의 발현 양상이 다음 세대에게 그대로 전달되지만, 나이나 외부환경 변화의 노출 정도에 따라 변한다고 알려져 있다.

후성 유전체 연구에서 가장 많이 보고된 것은 DNA 메틸화이며 최근 Nature, Science 등의 대표적인 논문에서 폐암, 대장암, 전립선암 등 후성 유전체 변형에 대한 연구들이 잇달아 발표되고 있다.

메틸화에 의한 암 억제 유전자의 전사(Transcription)가 정지되는 현상은 유전자를 불활성화시키는 후성유전학의 기전 가운데 매우 중요한 것으로 유전자 프로모터(Promoter)의 CpG 섬(island)에서 메틸화됨으로 인해 세포 성장을 조절하는 유전자들의 발현이 저해되는 현상이 나타나게 된다. 이러한 연구들은 임상적으로도 큰 영향을 미치고 있으며 예로 DNA 메틸화 억제 물질인 5-aza-CR(5-azacytidine) 등과 히스톤 아세틸화의 저해제인 SAHA(Suberoylanilide hydroxamic acid) 등이 암 치료제로 활용되기 시작했다. 몇몇 암과의 연관 정도는 나타나지만 다른 일반적인 복합 질환에서는 전달 메커니즘이 불분명할 뿐 아니라 그 얽혀있는 복잡한 연결고리들을 풀기가 매우 어렵다.

최근 국제인간 후성유전체 컨소시엄(International human epigenome consortium, IHEC)을 통해 전 세계적으로 인간 후성 참조 서열을 만들려고 노력하고 있다. 세계적으로 다양한 후성 유전체 정보들이 생산되고 데이터베이스화된다면 엄청난 규모의 데이터를 이용하여 질병의 연관성 분석이 이루어질 것이다.

또한, NGS 데이터를 이용한 기술이 발전하면서 Methylation 패턴 분석이나 히스톤 변형 정보(Histone modification) 및 오픈 크로마틴(Open chromatin) 부위 측정에 대한 분석이 빠르게 진행되고 있으며 분석 도구(Tool) 및 분석 방법들이 활발히 개발되고 있다.

하지만 후성 유전체 데이터의 경우 개인별, 조직 종류별, 환경에 따른 영향을 많이 받기 때문에 대부분 독립적이고 개별적인 샘플에 대한 분석이 이루어지고 있으며 질병 연관성 분석에 대한 예는 암 관련 후성 유전체 변이를 찾아내는 정도에 그치고 있다.