뉴욕-사람의 복잡한 유전적 소재의 집합체는 어떻게 해서 구조나 지능에 영향을 미치는 것일까.
UCLA(캘리포니아대학 로스엔젤레스) 신경학과 신경화상화 연구실 Paul Thompson교수팀이 개발한 3차원 뇌지도를 이용하여 뇌전두부 회백질의 양은 부모의 유전적 구성에 의해 결정되며 지능검사(IQ) 점수로 측정할 수 있는 인지능력과 강력한 관계가 있는 것으로 밝혀졌다.

전두부 영역의 구조는 유전자가 크게 관여
분열증 진행지도도 작성

교수팀은 핀랜드 연구자들과 공동연구를 실시하고 이 지견을 얻어 그 상세한 내용을 Nature Neuroscience(4:1253-1258, 2001)에 발표했다.

MRI화상에 의해 정상적인 유전적 차이가 어떻게 하여 뇌의 구조와 지능에 영향을 미치는가에 대해 새로운 통찰이 얻어지고 있다.

또한 부모로부터 개성과 인지능력을 물려받는 방법과 뇌질환이 가족에서 발생하는 기전에 대해 보여주고 있다.

대표저자인 Thompson교수는 『뇌전두부의 회백질의 양이 높은 빈도로 유전돼, 회백질의 양으로 IQ점수를 예측할 수 있다는데 놀랐다. 뇌의 언어영역도 한 가족에서는 거의 동일했다. 가족에서 가장 유사하다고 판명되는 뇌영역은 정신병과 치매를 포함한 가족내 유전하는 질환이 이환되기 쉬운 영역』이라고 말했다. 이번 연구에서는 언어와 독서능력을 관리하는 뇌영역이 일란성(MZ) 쌍둥이에서는 사실상 동일하며, 형제자매에서는 정상적인 뇌의 차이는 60%라고 밝혀졌다.

교수는 MRI를 이용하여 20쌍의 쌍둥이와 20쌍의 동성의 이란성(DZ) 쌍둥이의 뇌를 스캔했다.

슈퍼컴퓨터를 이용하여 뇌의 어떤 부분이 유전적 구성에 의해 결정되며, 어떤 부분이 학습 및 스트레스 등의 환경인자에 순응성을 보이는지를 표시하는 색분할 화상을 만들었다.

Thompson교수팀은 『유전적 인자는 뇌의 전두부 영역 외에 블로커 및 웰니케 언어영역의 피질구조에 대해 현저한 영
향을 미쳤다. MZ쌍둥이 속의 회백질 차이는 전두부, 감각운동야, 블로커발어(發語)·웰니케언어통합영역을 포함하는 언어피질을 포함하는 넓은 해부학적 구성에는 거의 나타나지 않았다. MZ쌍둥이는 유전적으로는 동일하기 때문에 국소적 차이는 환경적 영향 또는 유전적-환경적 상호작용이 원인이라고 분석할 수 있다』고 말했다.

이 유사성은 MZ쌍둥이에서 가장 뚜렷했지만 무작위 쌍둥이에 비해 DZ쌍둥이에서도 유의하게 유사했기 때문에 교수팀은 『구조결정에는 유전적 연속체가 존재한다』고 생각하고 있다.

교수팀은 『작성된 지도는 인지능력이나 언어능력의 유전성 외에 사람의 피질을 침입하는 질환에 이환되는 유전적 경향의 해명에 도움이 될 것』이라고 말하고 『이 지견은 분열증이나 치매가 가족에 유전되는 이유를 설명하는데 도움이 될 것』이라고 추측하고 있다.

교수팀은 또 『특히 전두부 영역에 있는 뇌 구조와 유전자와의 긴밀한 관련은 피질의 완전성에 영향을 미치는 질환에 이환되는 유전적 경향의 한 요인이 될 가능성이 있다. 분열증 환자에서 나타나는 전두부의 회백질 결손은 건강한 부모와 모든 형제에서 관찰돼, 전두측두 치매와 원발성 진행성 실어증을 포함하는 전두부 회백질에 영향을 미치는 많은 신경 변성성 질환에 대해서는 강력한 가족내 위험이 있다. 우리가 여기서 보고한 뇌구조와 유전자의 관련은, 특히 유전자에 의해 대부분이 결정되는 전두부 영역에서 피질변성성 질환의 가족 집적성이 증가한다는 사실을 보여주고 있다』고 말했다.

Thompson교수팀은 Proceedings of the National Academy of Sciences(98:11650-11655, 2001)에 청년자의 뇌에서 나타나는 분열증의 영향을 나타내는 지도를 발표했다.

이러한 화상은 조직의 결손이 분열증 환자의 뇌에서 어떻게 확산되는지를 보여주고 있다. 이 소견의 진단적 의의는 이상(異常) 결손을 조기에 검출하여, 지금보다 더 빨리 치료를 시작할 수 있다는 것이다.

이번 연구에서 교수팀은 10대 연령의 환자군에 대해 분열증의 진행과 함께 뇌를 반복 스캔하는 MRI의 새로운 화상 분석법을 이용했다.

우선, 뇌의 두정부에서 10% 이상의 회색손실이 검출되고, 이러한 결손이 뇌의 다른 부분으로 확산되기까지 약 5년이 걸렸다. 가장 뇌조직의 결손이 많았던 환자는 환각, 망상, 정신병적 사고, 환청, 우울 등을 포함한 가장 나쁜 증상을 가지고 있었다.

본지와의 인터뷰에서 교수는 『실제로 2가지 연구(분열증 및 유전적 성질)에는 관련성이 있지만 논문 중에서는 이것을 강조하지 않았다. 분열증에서 뇌전체에 퍼진 조직 결손의 물결은 어려운 문제다. 유발 원인이 무엇인지, 분열증은 어째서 10대말에서 20대 초에 어떤 예고도 없이 발병하는지, 전혀 알려져 있지 않다』고 지적.

『MZ쌍둥이 중 몇쌍은 유전자가 완전히 동일한데도 불구하고 한쪽이 분열증을 일으키는 경우가 있어 이 문제를 해명하는데는 쌍둥이를 대상으로 한 연구가 도움이 된다고 확신하고 있다. 분열증의 발병은 어떤 비유전적 유발원인과 관련하고 있으며, 어떤 사람에게는 질환의 원인이 되지만, 다른 사람에게는 원인이 되지 않는다. 여기서 이러한 MZ쌍둥이에서 뇌의 어느 영역이 차이나는지를 매핑하면, 이 환경적 유발원인이 뇌의 어느 부분을 자극하는지를 밝힐 수 있다. 또, 이 조직 결손이 뇌를 둘러쌀 때까지 평균 5년이 걸리는 것으로 예상되고 있어 임상적으로 희망을 가질 수 있다』라고 말했다.