scHiCAR 기술의 작동 원리. 뇌 조직에서 세포 하나를 추출해 유전자 발현·후성유전·게놈 3차 구조 정보를 동시에 얻고(왼쪽), AI로 저해상도 데이터를 고해상도 분자지도로 변환한 뒤(가운데), 세포별 초정밀 분자지도를 완성한다(오른쪽). KAIST 제공


어떤 유전자가 켜져 있는지, 왜 켜졌는지, 어떤 입체 구조 속에서 켜졌는지를 세포 한 개에서 동시에 읽어내는 기술이 세계 최초로 개발됐다. 암이나 치매 같은 복잡한 질병의 원인을 세포 단위에서 입체적으로 추적할 수 있는 기술이다.?
KAIST는 정인경 생명과학과 교수 연구팀 오션파라다이스게임 이 야루이 디아오 미국 듀크대 교수팀과 공동으로 단일 세포에서 유전자 발현·후성유전체·게놈 3차 구조를 동시에 분석하는 기술 'scHiCAR'를 개발했다고 4일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 바이오테크놀로지'에 지난달 19일 게재됐다.
세포의 상태를 결정하는 것은 유전자의 작동 방식이다. 어떤 유전자가 실제로 작동하는지, 어떤 오션파라다이스게임 조건에서 작동이 허용되는지, 유전자가 세포핵 안에서 어떤 입체 구조로 접혀 있는지가 함께 맞물려 세포의 운명을 결정한다.
DNA는 세포핵 안에서 복잡하게 접히고 꼬여 있다. 멀리 떨어져 있던 유전자가 가까이 접혀 서로 영향을 주기도 한다. 기존 기술로는 이 세 가지 정보를 각각 다른 세포에서 따로 얻은 뒤 나중에 맞춰야 해 미세한 변화가 바다이야기온라인 왜곡되거나 누락되는 한계가 있다.
연구팀은 세포핵 안에서 후성유전체와 게놈 3차 구조 정보에 각각 식별 표시를 붙인 뒤 세포마다 고유한 DNA 꼬리표를 붙여 나중에 어떤 데이터가 어떤 세포에서 나온 것인지 구분할 수 있게 했다. 이후 RNA와 DNA를 분리해 각각 염기서열을 분석한 뒤 꼬리표를 기준으로 세 가지 정보를 다시 하나의 세포 단 체리마스터모바일 위로 통합했다.?
단일 세포에서 세 가지 분석을 동시에 하면 각각에 쓸 수 있는 분자 양이 줄어 데이터가 희박해지는 한계가 있다. 연구팀은 AI 분석 기술을 접목해 극소량 존재하는 세포 유형까지 정밀하게 구분해냈다.
세포 하나당 분석 비용을 약 50원 수준으로 낮춘 점도 성과로 평가된다. 이를 통해 생쥐 뇌 조직 160만 바다신2 다운로드 개 세포의 고해상도 분자지도를 구축하고 22개 주요 세포 유형에서 각각 다른 유전자 작동 원리를 밝혀냈다.
근육 재생 과정에 적용한 실험에서는 근육 줄기세포가 재생될 때 유전자의 입체 구조가 동적으로 변하며 세포의 운명을 결정하는 과정을 단일 세포 수준에서 추적하는 데도 성공했다.
정인경 교수는 "세포 내부의 유전체 설계도를 정밀하게 읽고 제어할 수 있는 가능성을 제시한 연구"라며 "파킨슨병과 암 등 복잡 질환의 발생 기전을 밝히고 환자 맞춤형 신약 타깃을 발굴하는 데 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.
<참고>? doi.org/10.1038/s41587-026-03013-7
[임정우 기자 jjwl@donga.com]