열성 유전자의 영향: 멘델은 틀렸을까?

열성 유전자의 억제된 돌연변이조차도 우리의 적합성에 영향을 미친다

생물학 수업에서 흔히 배우는 것과는 달리, 우성-열성 유전에서도 열성 유전자가 항상 완전히 억제되는 것은 아니다. 오히려 한 연구에 따르면 열성 유전자는 우리의 생물학적 적합성에도 영향을 미칠 수 있다. 이 연구에 따르면, 열성 유전자 변이를 가진 사람들은 일반적으로 건강이 좋지 않고, 적어도 통계적으로는 자손이 적다. 지능과 교육 수준 또한 특정 열성 돌연변이의 영향을 받을 수 있다. 그렇다면 교과서를 다시 써야 할까요?

▲ 현재 유전학 이론에 따르면, 일부 유전자는 열성이다. 즉, 자매 염색체가 결함 있는 유전자 사본을 가지고 있을 때만 효과가 있다. 하지만 정말 그럴까?  

우리는 모두 수정 시 아버지로부터 한 세트의 염색체를, 어머니로부터 한 세트의 염색체를 받는다. 결과적으로 우리는 유전체에 있는 거의 모든 유전자, 즉 대립유전자를 두 개씩 가지고 있다. 멘델 유전에 따르면, 어떤 유전자가 우세한지는 유전 패턴에 따라 달라진다. 중간 유전자에서는 유전자의 두 사본이 모두 발현되어 형질 발현에 기여한다.

열성 유전자의 억제는 얼마나 완전한가?

우성-열성 유전은 이와 다르다. 이러한 유전자에서 우성 대립유전자는 열성 대립유전자의 효과를 억제한다. 따라서 열성 형질은 유전자의 두 사본 모두 열성 유전자 변이를 가지고 있을 때만 발현된다. 이러한 전형적인 예가 우리 귓볼의 모양이다. 일반적으로 분리형 귓볼은 우성, 부착형 귓볼은 열성으로 가정된다. 따라서 부착 귓볼을 가지려면 부모 모두로부터 해당 대립유전자를 물려받아야 하는데, 이는 지금까지 잘 알려진 사실이다.

하지만 열성 유전자는 정말 완전히 억제될까요? 사실, 그렇지 않은 경우도 있다. 한 가지 예가 겸상 적혈구 빈혈이다. 이 열성 유전자 변이의 두 사본을 모두 가지고 있는 사람은 빈혈이 발생한다. 그러나 이형접합자이고 이 대립유전자 중 하나만 가지고 있는 경우, 말라리아에 대한 어느 정도의 보호 효과를 얻는다. 그러나 열성 유전자와 유전자 변이의 이러한 긍정적 또는 부정적 "부작용"이 얼마나 자주 발생하는지는 논란의 여지가 있다.

37만 8천 명 이상 조사

이제 대규모 유전체 연구가 새로운 통찰력을 제공하고 있다. 네덜란드 라드바우드 대학교의 힐라 프리드만과 그의 연구팀은 유럽인 37만 8천 명 이상의 유전 물질과 건강 데이터를 비교 분석했다. 먼저, 각 참가자가 열성 유전자에 얼마나 많은 잠재적 병원성 돌연변이를 가지고 있는지 파악했다. 연구진은 5만 4천 개 이상의 서로 다른 돌연변이를 발견했다.

라드바우드 대학교의 선임 저자인 한 브루너는 "우리는 각 사람이 1,900개의 열성 유전자 중 하나에 평균 두 개의 돌연변이를 가지고 있다는 것을 발견했다"며 "교과서에 따르면 이러한 열성 유전자 돌연변이 중 하나만 가지고 있어도 어떠한 불이익도 받지 않아야 한다"고 보고했다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 이러한 이형접합 돌연변이를 가진 사람들의 건강 데이터, 교육 수준, 그리고 그러한 돌연변이가 없는 대조군의 자손 수를 비교했다.

건강과 자손에 미치는 측정 가능한 영향

놀라운 결과:

열성 대립유전자 하나만 변이되어도 아무런 영향을 미치지 않아야 하지만, 미미하지만 측정 가능한 영향이 관찰되었다. 브루너는 "분석 결과, 이러한 이형접합 열성 돌연변이를 가진 보인자는 전체적으로 질병 진단율이 더 높고 자손 수는 약간 적었다"고 보고했다. 이는 억제된 열성 유전자 변이의 존재가 보인자의 적합도에 영향을 미친다는 것을 시사한다. 즉, 보인자는 다소 더 아프고 생식적으로 불리할 수 있다.

열성 유전자 변이의 이러한 영향은 두 개의 영향을 받는 유전자 사본을 가진 보인자에게 지적 장애를 유발하는 돌연변이에서 특히 두드러졌다. 돌연변이 대립유전자를 하나만 가진 사람들은 교육 수준이 낮고 자손 수가 적을 가능성이 유의미하게 높았다. 공동 저자인 라드바우드 대학교의 크리스티안 길리센은 "흥미로운 점은 현재 이론에 따르면 이러한 이형접합 보인자는 열성 유전자의 영향을 전혀 받지 않는다는 것이다"고 말했다.

결국, 선택은 열성 유전자에 영향을 미친다.

연구진에 따르면, 우성-열성 유전이라는 고전적인 개념은 수정되어야 한다. "우리의 데이터는 개체군 수준에서 생식 효과가 존재하며, 따라서 상염색체 열성 질병 변이에 대한 자연선택이 존재한다는 것을 보여준다"고 그들은 기술했다. 따라서 명백히 우성-열성 대립유전자가 존재하더라도 열성 유전자의 억제는 완전하지 않고 점진적이다.

프리드먼과 동료들은 돌연변이 자체에서도 이러한 미묘한 부정적 영향에 대한 추가적인 증거를 발견했다. 약 5만4000개의 열성 유전자 돌연변이는 전체 집단에서 매우 드물었다. 연구팀이 설명하듯이 이는 역선택을 시사한다. 보인자는 적응도가 낮기 때문에 이러한 돌연변이를 다음 세대로 전달하는 빈도가 낮다. 전통적인 교과서적 견해에 따르면 이는 실제로는 그렇지 않다.

약하지만 세대를 거쳐 형성됨

그러나 프리드먼과 동료들이 인정하듯이 생물학적 적응도에 대한 열성 유전자의 영향은 매우 약하다. 따라서 열성 대립유전자의 이러한 은밀한 영향은 연구에 30만 명 이상이 포함되었기 때문에 드러났다. 이는 또한 이 효과가 더 일찍 발견되지 않은 이유를 설명할 수 있다.

프리드먼과 그의 연구팀은 "그런데도 유전적 선택은 장기간에 걸쳐 작용하기 때문에 한 개체의 작은 영향이 여러 세대에 걸쳐 축적되어 집단의 유전적 지형을 변화시킬 수 있다"고 기술했다. 따라서 그들의 견해에 따르면, "우성 질환"과 "열성 질환"이라는 일반적인 용어는 너무 단순하다. 연구진은 "이 용어들은 오히려 표현형 발현의 점진적인 척도의 극단적인 사례로 보아야 한다"고 말했다.

참고:Nature Human Behavior, 2025; doi: 10.1038/s41562-025-02204-7)

출처:Radboud University Medical Center