"수학적 모델로 세포의 유전자 발현 조절 능력 설명"

생명 현상의 근간이 되는 세포의 유전자 발현 조절 능력을 설명하는 수학적 모델이 제시돼 향후 새로운 의료기술 개발 등에 기여 할 것으로 기대를 모으고 있다.

한국연구재단은 20일 중앙대 성재영 교수 연구팀이 '역동적 반응 네트워크 모델' 및 '수학적 방법론'을 도입, 세포 유전자 발현 조절 능력을 세계 최초로 설명해냈다고 밝혔다.

생명현상을 세포 내 화학 반응 차원에서 이해하려는 시스템 생물학에서는 파울리가 지난 1928년 개발한 마스터 방정식* 접근법을 오랫동안 사용해 왔다.

하지만 이 방법은 플라스크처럼 균일한 환경에서 일어나는 화학반응에 대해서는 정확한 설명이 가능하지만 세포처럼 균일하지 못한 환경에 대해서는 불가능한 한계가 있었다.



연구팀은 세포 내 많은 환경 변수들과 상호작용하는 화학반응 과정을 나타낸 '역동적 반응 과정' 개념을 도입, 역동적 반응과정들로 구성된 네트워크를 정확하게 기술할 수 있는 방정식을 수립했다.

이후 세포의 유전자 발현 과정을 역동적 유전자 발현 반응 네트워크**로 모델링 후 이를 정확히 기술하는 방정식을 수립했다는 설명이다.

연구진은 이를 통해 유전자 발현 결과물인 단백질 개수의 평균과 분산 등 실험 관찰량들에 관한 간단한 수학적 결과를 얻어냈다.

이번 연구 결과는 배아 세포의 분열 시간 조절 원리, 심장세포 박동 시간 조절 현상 등 세포 시스템의 '생명조절기능'을 수학적 혹은 물리화학적으로 이해하는데도 활용될 수 있다고 연구팀은 전했다.

성 교수는 "이번 연구는 향후 응용 연구를 통해 세포들의 생체기능 조절능력을 회복시키는 방향의 새로운 의료기술 개발에도 기여 할 것으로 기대된다"고 말했다.

성 교수 연구팀은 복잡한 세포 환경효과를 정확하게 설명할 수 있는 모델, 수학적 방법론에 대한 연구를 미래부와 연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업 및 국가지정중점연구소사업을 통해 수행했다.

연구 결과는 물리과학 분야의 권위 있는 학술지인 피지컬리뷰엑스(Physical Review X) 10월 1일자 온라인판에 게재됐다.

* 마스터 방정식(Master equation) : 오스트리아의 이론 물리학자인 볼프강 에른스트 파울리(Wolfgang Ernst Pauli)가 1928년 개발한 방정식.
** 유전자 발현 반응 네트워크 : DNA로부터 메신저 RNA가 만들어 지고, 메신저 RNA로부터 실제 생체기능을 담당하는 단백질이 생성되는 일련의 반응 과정들이 이루는 네트워크.

etouch84@news1.kr