AI 기술로 한국인 자폐스펙트럼 장애 유발 변이 발견

고려대·분당서울대병원· 공동 연구팀, 국제 학술지 게재

국내 연구진이 딥러닝 기술을 활용해 한국인의 자폐스펙트럼(Autism Spectrum Disorder·ASD)를 일으키는 새로운 유전적 변이를 발견했다.

안준용 고려대 보건과학대학 바이오시스템의과학부 교수 연구팀과 유희정 분당서울대병원 정신건강의학과 교수는 대규모 전장유전체 데이터를 분석해 일반인구에서는 매우 드물게 나타나는 짧은 반복서열변이(Short Tandem Repeat, STR)가 일부 자폐인들에게서는 높은 빈도로 관찰된다는 점을 밝혀냈다고 7일 밝혔다. 이는 자폐의 유전적 다양성을 설명하는 새로운 바이오마커에 해당한다.

반복서열변이는 2~6개의 염기서열의 반복적으로 발생하는 변이로 반복서열의 확장을 통해 유전체의 불안정성을 초래하는 변이에 해당한다. 반복서열변이는 특히 전두엽 피질에 분포하는 몇 개의 유전자들에서 주로 유전자에서 발견됐다. 자폐 스펙트럼 장애인들의 적응 능력과 인지 능력에 영향을 미친다.

자폐스펙트럼 장애는 제한적이고 반복적인 행동에 흥미를 보이거나 의사소통 등 상호작용에 어려움을 보이는 복합적 신경 발달 장애다. 유전성이 높다고 알려졌지만, 다양한 유전적 요인을 밝히지 못한 유전적인 연구가 많다. 그동안 북미나 유럽인 대상으로 하는 연구는 많았지만 한국인에 대한 연구는 전무한 실정이었다.

이에 연구팀은 한국인 자폐스펙트럼 장애 634가구의 게놈을 분석했다. 게놈은 유전자와 세포핵 속에 있는 염색체의 합성어로, 주로 직렬 반복을 포함한 반복적인 ‘디옥시리보핵산(Deoxyribo Nucleic Acid, DNA)’으로 구성된다. 이 중 STR은 게놈의 약 6.8%를 차지하며, 형질 차이에 기여하는 유전변이 중 하나이다.

본 연구에서는 2104명(자폐스펙트럼 장애인 641명, 부·모 각 634명, 비자폐 형제 195명)의 유전자 1만 2929개를 인공지능(AI) 및 딥러닝 기술을 활용해 분석했다. 그 결과 이러한 변이가 유전자 발현과 염색체 조절에 큰 영향을 미치며, 태생기 초기 뇌의 형성과 발달을 조절하는 유전자 네트워크에 큰 영향을 미친다는 것을 밝혀냈다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘정신의학 및 임상 신경과학(Psychiatry and Clinical Neurosciences, IF=11.9)에 지난달 15일 게재됐다.

안준용 고려대 바이오시스템의과학부 교수는 “이번 발견은 반복서열 변이가 자폐와 초기 전두엽 피질 발달에 영향을 준다고 제시하는 최초의 논문이며, 딥러닝을 활용해 아직 해결하지 못한 유전변이의 기능을 해석하고 새로운 바이오마커들을 제시한 연구”라며 “보다 포괄적인 연구를 위해, 한국인 자폐 및 신경발달장애인들에 대한 대규모 전장유전체 연구가 필요하다”고 말했다.

유희정 분당서울대병원 정신건강의학과 교수는 “자폐스펙트럼 장애는 조기에 진단하고 빠르게 치료를 받으면 좋은 성과가 있다”며 “한국인을 대상으로 하는 자폐스펙트럼 장애의 유전변이 양상을 포괄적으로 연구할 계획이다”고 밝혔다.

이번 연구는 IBS 시냅스 뇌질환 연구단, KISTI 국가슈퍼컴퓨팅본부, 삼성서울병원과의 협력을 통해 수행됐다. 자폐 유전체 연구 분야에 국제적 선도 그룹인 캐나다 토론토 대학과 SickKids 병원과도 국제 협력을 한 결과다. 과학기술정통부 바이오·의료기술개발사업 뇌질환극복사업 및 고려대 인성(仁星) 연구비에 의해 지원 받았다.