[데일리환경=유승철 기자] 미국 국립보건원(NIH) 지원 연구진이 움직임과 습관, 행동 조절에 관여하는 뇌 깊은 곳의 ‘기저핵’을 세포 단위로 정리한 다종 뇌 지도를 공개했다.사람과 영장류의 뇌에서 분석한 2550만개 세포를 바탕으로 세포의 종류와 유전자 활동, 위치 정보를 한데 묶었다. 파킨슨병·헌팅턴병 등 뇌질환 연구에서 어떤 세포가 영향을 받는지 좁혀 볼 수 있는 공공 연구 기반을 마련했다는 의미다.NIH와 연구 참여기관 발표에 따르면 연구진은 사후 기증된 사람의 뇌 조직에서 단일 세포의 유전자 활동을 분석하고, 영상 기법으로 그 정보를 뇌의 3차원 좌표에 연결했다. 분석 대상은 사람 세포 약 2100만개, 마카크원숭이 약 300만개, 마모셋원숭이 약 150만개로 모두 약 2550만개다.연구 묶음에는 생쥐 모델을 활용한 별도 연구도 포함됐다. 이 지도는 성인 뇌뿐 아니라 발달 과정의 세포 자료와 여러 동물 종의 자료도 연결해 비교할 수 있도록 설계됐다. 지도는 세포를 단순히 세는 데 그치지 않는다. 연구진은 단일세포 유전자 발현 자료에 후성유전체와 공간 정보를 결합하고, 뇌 안에서 세포가 놓인 위치를 표준 해부학 좌표에 맞췄다. 유전자 발현은 세포가 어떤 유전자를 읽어 단백질을 만들고 있는지 보여주는 지표다. 후성유전체 분석은 DNA 염기서열 자체를 바꾸지 않으면서 유전자 작동을 조절하는 표지를 살핀다. 서로 다른 분석법에서 얻은 결과를 공통 분류 체계에 맞추면, 한 연구실의 실험에서만 보인 신호인지 여러 자료에서 반복되는 특징인지 비교하기 쉬워진다.또한 종별 자료를 함께 놓으면 사람에게서 직접 실험하기 어려운 세포·회로의 기능을 동물 연구와 비교할 수 있다. 다만 사람과 동물의 뇌 구조와 발달 시점이 완전히 같지는 않다. 동물에서 관찰한 효과가 사람에게 그대로 나타난다고 볼 수 없으며, 종을 넘나드는 공통점과 차이를 구분하는 과정 자체가 후속 연구 과제다. 공개 atlas는 연구자가 새 표본을 기존 세포 유형에 대조하고, 아직 분류되지 않은 세포 집단을 확인하는 기준 자료로 쓰일 수 있다.기저핵은 하나의 단일 기관이 아니라 선조체와 창백핵 등 여러 구조가 연결된 신경 회로다. 뇌의 다른 영역에서 들어오는 신호를 모아 움직임을 시작하거나 멈추고, 습관을 학습하며, 보상과 동기 같은 행동에도 관여한다. 이 회로의 기능 이상은 파킨슨병과 헌팅턴병, 뚜렛증후군, 정신질환 및 중독과 연관돼 연구돼 왔다. 세포의 종류와 위치를 세밀하게 구분하면 질병과 관련된 유전자 신호가 어느 세포 집단에서 나타나는지 살펴볼 단서를 얻을 수 있다.일부 연구는 이 지도가 이미 구체적인 가설을 만드는 데 쓰일 수 있음을 보여준다. NIH는 자폐 스펙트럼 장애가 있는 사람의 유전자 자료를 기준 지도에 대조한 연구에서 선조체의 특정 세포 집단에 잠재적 변화가 관찰됐다고 소개했다. 또 다른 연구는 생쥐 파킨슨병 모델에서 유전자 스위치를 이용해 선조체 세포에 도파민 전구물질을 전달하는 방법을 시험했고, 증상 완화와 부작용 감소 가능성을 보고했다. 이는 동물 모델 단계의 결과로, 사람에게 효과가 입증된 치료법이나 임상 적용을 뜻하지 않는다.Allen Institute 연구진은 조현병·양극성 장애 위험과 관련된 유전 신호가 특정 희귀 신경세포 유형과 연결될 가능성을 보고했다. 그동안 질환 유전자와 뇌 영역 사이의 연관성이 알려져도 실제로 어떤 세포가 취약한지 분명히 가리기 어려웠는데, 세포 유형을 더 정밀하게 나누면 후속 실험의 표적을 좁힐 수 있다는 설명이다. 이 역시 연관성을 바탕으로 한 연구 단서이지, 해당 세포가 질환을 직접 일으킨다는 증거나 진단 기준은 아니다.이번 성과는 단일 실험 하나가 모든 뇌세포를 빠짐없이 그려낸 완성 지도라기보다, 여러 연구팀의 자료를 공통 기준으로 정렬하고 재사용할 수 있게 만든 참조 체계에 가깝다. 연구기관들은 자료 묶음에 포함된 논문 수를 26편, 27편, 28편으로 각각 다르게 집계했다. 발표기관별로 묶음에 포함한 논문의 범위와 세는 방식이 달라 차이가 난다. 핵심은 논문 숫자 하나보다 여러 종과 분석법에서 얻은 데이터를 같은 해부학·세포 분류 기준으로 비교할 수 있게 했다는 점이다.기저핵 지도는 공개된 데이터와 온라인 탐색 도구를 통해 연구자들이 기존 자료를 대조하고 새 표본을 분류하는 데 활용될 수 있다. 장기적으로는 질환별로 취약한 세포 집단이나 유전자 조절 경로를 찾고, 치료 후보를 검토하는 데 도움을 줄 수 있다. 다만 뇌 조직의 기증자 구성, 표본의 질, 분석 방법에 따라 관찰 결과가 달라질 수 있고, 세포 지도가 곧 뇌 기능 전체를 설명하지는 않는다. 지도에서 발견한 차이를 실제 질환 기전과 치료 효과로 연결하려면 독립 표본과 실험, 임상 연구를 거쳐야 한다.다기관 자료를 한데 모으는 과정도 연구의 중요한 결과다. 조직을 처리하는 절차와 세포 이름, 표본에 붙이는 메타데이터가 제각각이면 같은 종류의 세포를 비교하기 어렵다. BICAN 연구진은 표본 처리와 해부학 기준, 자료 공유 형식을 조정해 분석 결과를 서로 대조할 수 있는 공통 틀을 만들었다고 밝혔다. 이 틀과 온라인 도구는 각 연구자가 데이터를 내려받아 재분석하거나 자신의 표본을 지도에 맞춰 살펴보도록 설계됐다. 공개 자료를 재사용할 때는 표본의 출처와 실험 조건을 함께 확인해야 한다. 데이터가 많다는 사실만으로 표본의 대표성이나 질환과의 인과관계가 자동으로 보장되지는 않는다.연구진은 기저핵을 시작으로 뇌 전체 세포 지도를 넓혀간다는 목표를 세웠다. 이번 자료의 가치는 치료 성과를 즉시 약속하는 데 있지 않다. 서로 다른 연구실이 수집한 세포 자료를 공통 언어로 비교할 토대를 만들고, 질환 연구가 뇌의 어느 세포와 회로를 더 들여다봐야 할지 질문을 구체화하는 데 있다.