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[IT뉴스][표지로 읽는 과학] 관절질환은 직립보행·큰 뇌 얻은 대가

온카뱅크관리자

2026-10-17 08:07:25

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 네이처 제공
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 이번 주 국제학술지 ‘네이처’ 표지에는 바닥을 내딛는 인간의 발 골격 모습이 실렸다.
 인간이 두 발로 걷고 큰 두개골을 갖기 위해 독특한 골격 구조를 형성하는 과정에서 치러야 했던 진화의 대가가 분자유전학 수준에서 규명됐다. 
 데이비드 고크만 이스라엘 바이츠만과학연구소 분자유전학부 교수 연구팀은 연골세포 기반 대규모 유전체 분석을 통해 인간 골격의 진화를 이끈 ‘유전자 발현 조절 지도’를 구축하고 연구 결과를 지난달 23일 네이처에 발표했다. 
 인간은 침팬지 등 다른 유인원과 달리 직립보행을 가능하게 하는 척추와 골반 구조, 큰 뇌를 수용하는 두개골 등을 갖고 있다. 이런 특성을 갖도록 골격 변화를 일으킨 유전적 기전은 아직 대부분 밝혀지지 않은 상태다.  
 연구팀은 뼈와 관절 형성의 뿌리가 되는 ‘연골세포’에 주목했다. ‘대량 병렬 리포터 분석법(MPRA)’이라는 유전체 분석법을 이용해 인간과 유인원의 유전자 조절 스위치 영역을 대조하고 인간 진화 과정에서 발생한 염기서열 치환 변이 56만1410개를 초고속으로 검증했다.  
 그 결과, 인간의 연골세포에서 유전자 발현을 독특하게 조절하는 핵심 변이 지점 1만5077곳이 추려졌다. 
 그 다음 연구팀은 인간과 유인원 유전체를 하나의 세포에 합친 ‘인간-유인원 융합 잡종 세포’를 만들었다. 그리고 이 세포를 뼈와 연골로 분화하는 ‘골·연골 전구세포’로 분화시킨 뒤 MPRA 데이터와 결합했다. 
 그 결과, 인간의 골격을 만들어내는 ‘시스 조절 변화’와 ‘유전자 변화’ 지도가 완성됐다. 시스 조절 변화는 유전자 바로 옆에 위치한 DNA 염기서열이 바뀌어 유전자 발현량이 달라지는 것을 의미한다. 
 연구팀이 구축한 지도에 따르면 연골의 탄력성과 충격 흡수력을 담당하는 핵심 고분자인 ‘글리코사미노글리칸’ 생합성 경로가 인간에서는 억제돼 있다. 관절을 보호하는 완충 패드가 진화 과정에서 크게 얇아졌다는 것이다. 
 연구팀은 글리코사미노글리칸 감소는 직립보행 등을 위한 골격 형태의 급격한 변화를 달성하기 위해 나타난 자연선택 흔적이라고 설명했다. 직립보행 등을 이루기 위해 퇴행성 관절염, 추간판 탈출증 등 퇴행성 질환에 취약해졌다는 것이다. 
 연구팀은 “이번 연구는 인류가 직립보행 등을 얻기 위해 치러야 했던 진화적 대가를 조명했다”며 “퇴행성 관절질환의 유전적 원인을 규명해 새로운 치료 타깃을 찾는데 도움이 될 것”이라고 말했다. 
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1038/s41586-026-11053-x
 [문세영 기자 moon09@donga.com]
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