[뉴스스페이스=김정영 기자] 과학자들이 다운증후군에서 뇌 관련 유전자 활성을 총괄 조절하는 21번 염색체상의 과활성 유전자 3개를 찾아냈으며, 이는 여분의 염색체가 어떻게 학습과 기억을 교란시키는지에 대한 최초의 상세한 분자적 설명을 제공한다.

싱가포르 Duke-NUS 의과대학과 영국 임페리얼 칼리지 런던 주도의 국제 연구팀이 실험실에서 배양한 인간 뇌세포에서 이들 유전자의 활성을 부분적으로 낮출 수 있음을 입증했다. 이는 이 질환과 관련된 일부 분자적 변화가 생물학적으로 조절 가능할 수 있다는 개념을 증명한 셈이다.

Medical Xpress, EurekAlert, duke-nus.edu, technologynetworks 등 10여 매체가 "다운증후군 뇌 '블랙박스' 열었다"고 보도하며 주목했다. 싱가포르·미국 연구자와의 협력이 돋보인 가운데, 국내 UNIST 민경태 교수팀의 DSCR1(다운증후군 임계부 유전자) 연구(2019, EMBO Journal)가 보완될 전망이다.

연구팀은 다운증후군 환자 태아 뇌 조직에서 21번 염색체 전사인자 BACH1, PKNOX1, GABPA를 핵심 '허브' 유전자로 규명했다. 이들 유전자는 과발현으로 신경발달 관련 수백 개 하위 유전자를 교란시켜 지적 장애를 유발하며, 연구팀은 안티센스 올리고뉴클레오티드(ASO)를 통해 이들 활성을 부분적으로 정상화하는 데 성공했다.

Nature Medicine(2026년 1월 15일 게재)에 발표된 이 연구는 단일세포 수준 유전체 분석으로 다운증후군 대뇌피질의 가장 상세한 분자 지도를 완성한 최초 사례로 평가된다. 연구팀은 다운증후군 환자에서 RORB·FOXP1 발현 흥분성 뉴런이 현저히 감소한 사실을 확인했으며, 이는 감각 처리와 피질 회로 형성에 필수적이다.

다운증후군은 21번 염색체 삼염색체로 인해 발생하며, 전 세계 약 580만명이 앓고 있다. 영국 잉글랜드·웨일스에서만 4만2000명이 생활 중이며, 생존 출생아 700명당 1명꼴로 발생한다. 한국에서도 유사한 빈도(약 700명당 1명)를 보이며, 지적 장애의 가장 흔한 유전 원인으로 꼽힌다.

환자의 90% 이상이 평생 알츠하이머병 위험에 처하는데, 이는 21번 염색체가 아밀로이드 전구체 단백질 유전자를 포함하기 때문이다. 이번 연구는 BACH1 등 3개 유전자가 산화 스트레스와 알츠하이머 병리를 악화시킬 수 있음을 시사하며, 두 질환 공통 경로 연구의 기반을 마련했다.

연구팀은 iPSC 유래 다운증후군 신경전구세포에 ASO를 적용해 3개 유전자 과발현을 억제하자, 지적 장애 관련 표적 유전자(FEZF2, FOXP1 등) 발현이 부분 회복됐다. 이는 염색체 이상에도 특정 유전자 조절로 뇌세포 성장·연결 형성을 정상화할 수 있음을 입증한 '개념증명(Proof-of-Concept, PoC)'이다.

개념증명(Proof-of-Concept, PoC)이란 과학·의학 연구에서 특정 아이디어나 접근법의 원리가 실현 가능하며 과학적으로 타당함을 실험적으로 입증하는 초기 단계를 가리킨다. 기술이나 치료법이 실제로 작동할 수 있다는 '개념'을 증명하는 데 초점을 맞추며, 아직 대규모 임상 적용이나 상용화 단계로 나아가기 전의 예비 실험이 주를 이룬다.

Duke-NUS 로크 시미 교수(임시 부학장)는 "이 지도는 단순 데이터가 아닌 세포 수준 다운증후군 이해의 새 프레임워크"라며 치료 표적으로 활용 가능성을 강조했다. 연구팀은 이미 방법론 특허를 출원했으며, 마우스 모델에서 인지·행동·운동 기능 개선 여부를 검증 중이다.

임페리얼 칼리지 마이클 라트케 박사(제1저자)는 "첨단 기술로 복잡 질환의 생물학적 통찰을 얻었다"며 후속 인간화 생체 모델 연구를 예고했다. 전문가들은 이 발견이 다운증후군 지적 장애 치료제 개발을 10년 앞당길 수 있다고 분석한다.