배경

기존의 전장유전체 상관관계 분석(Genome-Wide Association Study, GWAS)은 특정 유전자 변이와 인간 질병 혹은 행동 특성 사이의 관계를 규명하는 강력한 도구였다. 전 세계 연구진은 이 방법으로 수만 가지 유전적 연관성을 찾아냈으나 한계 역시 뚜렷하게 관찰됐다. 기존 분석 방식은 혈연관계가 없는 다수의 독립적인 개인 데이터를 주로 활용하기 때문에 부모가 자녀에게 물려주는 유전적 요인과 가정 환경의 개별 영향력을 분리해 설명하기 어렵다.

부모가 자녀에게 직접 유전자를 물려주지 않더라도, 부모 유전형이 양육 환경을 조성해 자녀에게 간접적으로 영향을 미치는 현상을 유전적 양육(Genetic Nurture)이라 한다. 예컨대 독서 성향 유전자를 지닌 부모가 책이 많은 가정 환경을 만들면 자녀는 유전자를 받지 않았어도 학업 성취가 높아지는 식이다. 이 같은 간접 효과와 부모 간 유사 선택(Assortative Mating), 집단 구조 왜곡 등은 기존 분석에서 유전 영향력을 과대평가하게 만드는 요인으로 지적돼 왔다. 이를 극복하려면 부모와 자녀의 유전체를 함께 분석하는 가족 기반 설계가 요구되나 삼중조(Trio) 데이터를 확보하기가 어려워 지금껏 연구를 진행하기가 쉽지 않았다.

핵심 발견

국제 공동 연구팀은 노르웨이 모자 코호트 연구(Norwegian Mother, Father and Child Cohort Study, MoBa) 데이터를 활용해 이 난제를 풀었다. 연구팀은 어머니 7만 7,634명, 아버지 5만 3,358명, 자녀 7만 6,577명의 유전체를 확보하고 부모와 자녀가 모두 포함된 완전한 삼중조 가구 4만 4,017쌍을 구성했다. 이들의 가족 유전 정보를 바탕으로 자녀의 네 가지 형질인 키(7세), 수면 시간(7세), 우울 증상(8세), 학업 성취도(10세)를 정밀히 분석했다.

가족 기반 모델을 적용하자 기존 집단 분석 대비 유전적 영향력이 크게 감소하는 양상을 보였다. 학업 성취도와 키의 유전율은 기존 31%, 35%에서 부모 유전형을 보정한 뒤 모두 22% 수준으로 보정된다. 수면 시간의 유전율 역시 5%에서 1%로 급감해 환경적 영향이 절대적임이 밝혀졌다. 반면 우울 증상 유전율은 6%에서 11%로 오히려 상승해 직접적인 유전 효과가 더 강하게 나타났다.

기존 연구에서 보고된 학업 성취도 관련 유전자 변이들의 효과는 부모 유전형을 통제하자 23% 감소했고, 키 유전자 변이의 효과 역시 11% 줄었다. 다중유전자점수(Polygenic Score, PGS) 분석을 진행했을 때도 유사한 왜곡 현상이 발견된다. 자녀의 키 PGS와 실제 키 사이의 상관관계는 부모 유전형을 보정하지 않았을 때 9% 가량 부풀려졌다. 특히 학업 성취도 PGS와 자녀 우울 증상 사이의 음의 상관관계는 부모 유전형을 보정하자 효과가 오히려 2배 이상 증가(-0.03에서 -0.06으로)하는 양상을 보였다. 이러한 효과 억제(Suppression) 현상과 우울 증상 상관관계 왜곡의 대부분은 아버지가 아닌 어머니의 유전적 요인에 기인한다.

의미와 전망

이번 분석은 대규모 가족 데이터를 활용해 직접 유전 효과와 간접 환경 효과를 명확히 갈라내는 데 성공했다. 집단 분석에 의존하던 유전학 연구의 한계를 넘어서 질병과 발달의 진정한 유전적 인과관계를 밝히는 이정표다. 다만 가족 분석은 통계 과정이 복잡하고 표준 오차가 기존 분석보다 평균 38%나 커 초대형 표본이 필수적이다. 유럽계 집단 위주의 분석이어서 전 세계의 다양한 인종과 환경에 곧바로 적용하기 어렵다는 제약이 따른다. 향후 다인종 가족 코호트로 진행할 보완 연구가 활발해질 전망이다.