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치매(알츠하이머) : 뇌의 발달과 관계

두뇌의 발달과정
- 최초의 뇌, 큰 뇌
- 두뇌는 후각세포의 진화물 : 후각은 가장 원시적(원초적) 감각
- 신피질은 후각의 감각방식의 용량확대_빅브레인
- 뇌발달 요인 : 내장기관의 축소, 직립보행
- Pallium, 신경전달 방식의 변화

- 알츠하이머병은 지능향상의 대가?
- 수은이 치매에 미치는 영향

알츠하이머병은 지능향상의 대가?
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=256460&cont_cd=GT

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-05-27

중국의 과학자들은 이번 달 BioRxiv에 기고한 논문에서, "알츠하이머병은 인류의 지능과 함께 진화했을지 모른다"고 주장했다(참고 1). 즉, 지능 발달에 기여한 유전자가 알츠하이머병에 관여하는 유전자와 겹친다는 이야기다.

인간은 알츠하이머병에 걸리는 유일한 종(種)으로 알려져 있다. 심지어 영장류 중에서 인간과 가장 가까운 친척뻘인 침팬지조차 알츠하이머병을 앓지 않는다. 이처럼 유독 인간만 알츠하이머병을 앓는 이유는 뭘까? "지능향상으로 인해 새로운 대사수요(metabolic demands)가 발생하는 바람에, 이에 시달린 뇌가 기억력장애를 일으키는 것 같다"고 이번 연구를 지휘한 중국 상하이 생물학연구소의 탕 쿤 박사(집단유전학)는 말했다.

탕 박사가 이끄는 연구진은 지능이 진화한 증거를 찾아내기 위해 현대인의 DNA를 연구했다. 연구진은 이를 위해, 아프리카, 아시아, 유럽계 조상을 가진 현대인 90명의 유전체를 샅샅이 뒤졌다. 그리하여 집단규모와 자연선택의 변화에 따라 발생한 변이(variation)의 패턴을 분석했다.

분석과정은 매우 까다로웠다. 왜냐하면 두 가지 요인(집단, 자연선택)의 영향이 서로 비슷비슷하여 구별하기가 힘들기 때문이었다. 집단의 변화를 일정하게 유지하고 자연선택의 영향만을 분석하기 위해, 연구진은 집단규모가 경시적(經時的)으로 변화하는 과정을 추적했다. 그리고는 집단의 역사와 대응하지 않는 유전체 구역을 찾아내어, 자연선택에 의해 형성될 가능성이 가장 높은 DNA 신전부(DNA stretch)를 찾아냈다.

이상과 같은 방법으로, 연구진은 지난 50만 년 동안 일어난 자연선택 과정을 추적했다. 그 결과 지금으로부터 약 20만 년 전 현대인의 첫모습이 형성되는 데 영향을 미친 진화의 힘이 드러났다. 저자들에 의하면, "5만~20만 년 전 뇌발달에 관여하는 유전자 6개가 자연선택에 의해 변화한 증거를 발견했다"고 한다(아래 세 번째 댓글의 그림 참조). 이 변화로 말미암아 뉴런의 연결성이 증가했고, 현생인류는 호미닌 조상들보다 똑똑하게 진화했다는 이야기다. 그러나 인류는 새로 획득한 지적 능력에 상응하는 대가를 치러야 했으니, 문제의 유전자들이 - 아마도 뇌에 과부하를 걸어 - 알츠하이머병의 발병을 조장했다는 것이다.

케임브리지 소재 브로드 연구소의 스티븐 샤프너 박사는 "기존의 연구들은 고작해야 지난 3만 년간의 변화를 밝혀냈을 뿐"이라며 놀라움을 표시했다. "연구진이 사용한 분석적 접근방법은 매우 전망이 밝다. 그들은 모든 종류의 선택을 하나의 틀 안에서 다뤘을 뿐 하니라, 상이한 선택시기를 거의 단일한 방식으로 쥐급했다. 그러나 이 방법이 광범위하게 적용될 수 있는지를 밝히려면 좀 더 많은 후속연구가 필요하다"고 그는 덧붙였다.

그러나 아무리 강력한 유전체분석 방법일지라도 변화무쌍한 인류의 역사 때문에 유용성이 제한되고 있다. 아시아인과 유럽인들은 약 6만 년 전 아프리카를 떠난 소수의 인류로부터 유래하는데(참고 2), 이 같은 개체군 병목현상(population bottleneck)으로 인해 초기 유럽인들에게 일어난 유전적 변화가 지워졌기 때문이다. 아프리카인들의 유전체를 분석하면, 훨씬 더 오래 전으로 거슬러올라가 인간성을 형성한 진화적 변화에 대한 정보를 좀 더 많이 입수할 수 있을 것으로 보인다.

【첨부그림 설명】 단백질 관련 유전자의 단백질-단백질 상호작용 서브네트워크: 빨간 색으로 표시된 유전자들은 과거 50만 년 동안 양성선택(positive selection)을 받은 유전자로 생각되는 것들이다. 유전자들 간의 다양한 상호작용 경로 중에서 최단경로만을 표시했다.

※ 참고문헌
1. Zhou, H. et al., "A Chronological Atlas of Natural Selection in the Human Genome during the Past Half-million Years", Preprint at BioRxiv http://dx.doi.org/10.1101/018929 (2015).
2. Li, H. & Durbin, R., "Inference of human population history from individual whole-genome sequences", Nature 475, 493–496 (2011).