인간의 뇌를 다른 영장류보다 발달시키는 유전자가 특정되다

Primate skull series. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Primate_skull_series_no_legend.png

인간의 뇌에 대한 연구는 많이 이루어지고 있으며, 2021년 3월에는 인간의 뇌가 '작고 빠른 먹이를 사냥하기 위해 크게 진화했다'는' 학설이 발표되기도 했습니다. 영국의 MRC 분자생물학 연구소에 소속된 연구팀이 새롭게 '인간의 뇌가 다른 영장류의 뇌에 비해 발달한 이유와 발달에 기여하는 유전자'를 밝혀냈습니다.

An early cell shape transition drives evolutionary expansion of the human forebrain : Cell
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00239-7

연구팀은 인간, 고릴라, 침팬지의 뇌 조직의 발달을 관찰하기 위해 줄기세포를 이용하여 뇌 오가노이드라는 유사 뇌 조직을 만들었습니다.

뇌 오가노이드의 형성 과정에는 실제 뇌와 마찬가지로 신경세포로 세포분화하는 세포를 형성하는 신경줄기세포가 나타납니다. 이 신경줄기세포는 성숙해지면 작아지고 성숙이 늦은 만큼 많은 신경세포가 형성되는 것으로 알려져 있습니다. 또한 영장류에 비해 지능이 낮은 마우스의 신경줄기세포는 몇 시간 만에 성숙해지는 것으로 과거의 연구에서 밝혀졌습니다.

Primate skull series. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Primate_skull_series_with_legend_cropped.png

다음 그림은 뇌 오가노이드의 배양 시작 후 3일째와 5일째 신경줄기세포의 성숙상태를 보여줍니다. 인간의 뇌 오가노이드의 신경줄기세포(왼쪽)는 3일과 5일째에도 비슷한 모양이지만, 고릴라의 뇌 오가노이드의 신경줄기세포(오른쪽)는 5일째에 신경줄기세포가 성숙해져 작아진 것을 확인할 수 있습니다.

이 결과에 연구팀은 "인간의 신경줄기세포는 다른 영장류의 신경줄기세포에 비해 천천히 성숙합니다. 따라서 많은 신경줄기세포가 형성되어 뇌 조직이 커지고 뇌 용량도 크게 된다고 생각합니다"라고 추정합니다. 실제로 인간(왼쪽)과 고릴라(중앙), 침팬지(오른쪽)의 배양 시작 후 5주째 뇌 오가노이드의 사진을 확인하면 인간의 뇌 오가노이드가 가장 크게 성장해 있는 것을 알 수 있습니다.

연구팀은 신경줄기세포의 성숙속도가 생물에 의해 변화하는 원인을 조사하였고, 조사결과 고릴라의 신경줄기세포에서 'ZEB2'라는 유전자가 발현하고 있는 것을 발견했습니다. 연구팀은 ZEB2가 신경줄기세포의 성숙을 촉진시키고 있다고 예측했습니다. 실제로 인간의 신경줄기세포에서 ZEB2흘 발현시킨 결과, 고릴라와 같은 기간에 신경줄기세포가 성숙하는 것이 확인되었습니다.

또한 고릴라의 신경줄기세포에서 ZEB2의 발현을 억제한 결과 신경줄기세포의 성숙기간이 연장된다는 것이 확인되었습니다. 연구팀은 "이번 실험은 뇌 오가노이드를 사용하여 수행되었습니다. 따라서 실제 영장류의 뇌에서 ZEB2가 같은 작용을 할지는 알 수 없습니다"라고 전제하면서 "이번 발견은 인간과 다른 영장류의 뇌 크기의 차이를 설명하는 중요한 단서가 될 것"이라고 전망합니다.