난임, 유산 및 기형아 출산은 현대 사회에서 빈번히 일어나고 있다. 환경적 요인 뿐 아니라 많은 유전적 요인들이 영향을 미치는 것으로 생각하고 있지만, 아직까지 그 원인과 치료를 위한 접근 방법에 대해 잘 밝혀지지 않았다.

배반포 계통 분화 및 태반 형성은 초기 발생에서 태아의 정상적인 발달을 위해 중요하게 작동한다. 그러나 이들의 형성 및 발달 과정에 대해서는 아직까지 밝혀지지 않은 부분이 많고, 특히 영양외배엽 계통의 운명 결정 및 분화 과정에서는 후성유전 조절이 알려져 있는 바가 없다.

PHF6는 히스톤 변형 인지 기능을 가질 것이라고 추측되는 유전자 이지만 그 분자적 기전 및 기능은 보고된 적이 없다. 이러한 히스톤 변형 인지 인자들은 히스톤 변형간의 상호작용을 조절하는 핵심 인자로 알려져 있으나, 현재까지 그 기능이 정확히 규명되지 않았다.

최근 태아의 성장과 영양공급의 기반이 되는 태반 발생 교란을 막을 새로운 실마리가 나왔다. 한국연구재단은 백성희 교수(서울대)·이지민 교수(강원대)·박대찬 교수(아주대) 연구팀이 태반발달에 중요한 신규인자를 발견하여 초기 태아 성장 및 영양공급의 새로운 단서를 찾았다고 6일 밝혔다.

수정란이 제대로 착상하고 발달하려면 구형의 세포덩어리인 배반포가 추후 태반이 될 외층과 배아줄기세포로 분화해야 한다.

태반의 비정상적인 발달은 태아 기형 및 불임/난임에 영향을 미치는 만큼 태반발생의 원리를 규명하는 것이 중요하다.

연구팀은 배반포의 분화단계 중 태반으로 발달해 나아가는 영양외배엽에서 PHF6(피에이치에프 6) 후성유전(환경변화에 의해 DNA 염기서열의 변화없이 유전자 발현이 조절) 인자의 기능이 중요함을 배아줄기세포를 이용해서 밝혔다.

초기발생단계에서 PHF6의 기능을 알아내기 위해 유전자가위를 이용해 배아줄기세포에서 PHF6를 없애자 배반포 형성 및 태반 발달에 이상이 생긴 것이다.

영양외배엽 분화의 운명을 결정하는데 중요한 후성유전 인자와 그 조절기전은 거의 알려진 바 없었다.

▲ 배반포 분화 단계에서 PHF6의 후성유전 조절 기전 설명 / 배아줄기세포에서 배반포 계통으로의 분화단계에서, PHF6는 히스톤 단백질의 아세틸화를 인지하고 이를 통해 히스톤 유비퀴틴화에 대한 효소로 작동한다. 그 결과 배반포 분화 중 영양외배엽 계통 유전자들의 발현만을 특이적으로 유도하고, 정상적인 배반포의 분화 및 발달을 조절한다. / 제공 : 강원대 이지민 교수   © 특허뉴스

PHF6는 히스톤 변형을 인지하는 후성유전인자 단백질로 연구팀은 PHF6가 DNA를 감고 있는 히스톤 단백질의 화학적 변형(아세틸기)을 인지하고 유비퀴틴 단백질을 히스톤에 추가로 결합시키는 것을 밝혔다. PHF6에 의한 히스톤 변형이 배반포 중 영양외배엽 유전자 발현을 조절하는 것을 알아냈다.

DNA를 둘러싼 히스톤 단백질에 붙은 아세틸기를 감지하면(reading) 유비퀴틴을 결합시키는(writing) 방식으로, PHF6가 태반발생에 중요한 유전자의 스위치를 켜는 것을 밝힌 것이다.

대를 이어 전달되는 DNA 염기서열을 변형시키는 것이 아니라 보통 몇 일이면 분해되고 다시 합성되는 단백질(이 경우 DNA에 결합한 히스톤 단백질)의 변형을 통해 가역적으로 발생과정을 조절하는 후성유전학적 접근을 위한 표적으로 PHF6를 제시한 것이다.

이번 연구의 성과는 국제학술지 뉴클레익 액시드 리서치(Nucleic Acids Research)에 7월 31일 게재되었다.