신경세포는 태어난 뒤 DNA 스위치를 바꾸며 정체성을 만든다

신경세포의 종류는 부모 세포에서 완성된 설계도를 그대로 물려받아 결정되는 것만은 아니다. 2026년 초파리(Drosophila) 시각계를 분석한 연구는 신경세포가 태어난 직후 DNA의 조절 부위 접근성을 바꾸며 자신의 정체성을 구축한다는 점을 보여줬다. 910

이 연구는 2026년 8월 19일 학술지 미국국립과학원회보(PNAS)에 온라인 게재됐다. 연구진은 신경세포가 분화하는 과정의 ‘조절 논리’를 세밀하게 들여다봤다. 110

23만여 개 세포에서 읽어낸 발달 지도

연구진은 초파리 시각계의 발달 단계 4곳에서 세포 23만 2,251개를 지도화했다. 여기에는 두 종류의 정보가 결합됐다. 하나는 어떤 유전자가 실제로 작동하는지 보여주는 mRNA 발현 정보이고, 다른 하나는 유전자 조절에 쓰일 수 있도록 DNA의 어느 부위가 열려 있는지를 보여주는 염색질 접근성 정보다. 89

이 자료를 바탕으로 연구진은 약 250개 세포 유형에서 발현이 달라지는 유전자를 조절할 가능성이 있는 인핸서를 예측했다. 인핸서는 단백질을 만들지 않는 DNA 구간이지만, 특정 유전자의 작동 여부를 조절하는 ‘스위치’ 역할을 한다. 연구진은 뇌 발달 동안 인핸서 사용이 크게 변하며, 예상보다 신경세포 유형에 매우 특이적이라는 사실을 보고했다. 10

최종 분열 뒤에 시작되는 정체성 구축

핵심 발견은 새 신경세포가 최종 세포분열 때 이미 완성된 정체성을 받는 것이 아니라는 점이다. 세포가 분열한 직후 일부 인핸서는 열리고 다른 인핸서는 닫히는 빠른 염색질 접근성 재구성이 일어난다. 이 변화가 각 신경세포 유형에 맞는 유전자 프로그램을 켤 수 있는 조절 환경을 만든다. 910

즉, 모든 세포가 같은 유전체를 갖고 있어도 발달 시점과 세포 종류에 따라 서로 다른 DNA 스위치 세트에 접근할 수 있다. 연구진은 이 출생 직후의 짧은 시기를 신경세포의 장기적 정체성이 자리 잡는 중요한 창으로 제시했다. 9

같은 전사인자도 시점에 따라 역할이 달라진다

전사인자는 조절 DNA에 작용해 유전자의 활동을 제어하는 단백질이다. 이번 연구는 이 단백질의 역할이 발달 맥락에 따라 달라진다는 점을 시사한다. 최종 분열 전에는 전사인자가 전구세포 상태와 관련된 프로그램에 관여하지만, 분열 뒤에는 여러 전사인자가 조합을 이루고 신경세포별로 열린 인핸서를 통해 특수한 분화 프로그램을 가동한다. 10

따라서 특정 전사인자가 있다는 사실만으로 그 세포가 어떤 신경세포가 될지를 예측할 수는 없다. 함께 존재하는 다른 인자, 작동하는 시점, 그리고 해당 세포에서 접근 가능한 인핸서가 모두 중요하다.

‘단 하나의 마스터 조절자’는 없었다

이 지도는 하나의 보편적 ‘마스터 조절자’가 신경세포 운명을 결정한다는 단순한 설명과는 거리가 있다. 신경세포 분화는 서로 다른 전사인자 조합이 서로 다른 인핸서에 작용하는, 조합적이고 맥락 의존적인 과정으로 나타났다. 910

연구진은 같은 기능 유전자라도 신경세포 종류에 따라 서로 다른 인핸서와 서로 다른 전사인자 조합을 통해 조절될 수 있다고 보고했다. 10 비슷한 기능적 결과에 도달하더라도 세포마다 사용하는 조절 경로는 다를 수 있다는 뜻이다.

신경세포마다 다른 ‘인핸서 지문’

성숙한 신경세포의 유형은 발현하는 유전자만으로 설명되지 않는다. 각 세포 유형에는 접근 가능한 조절 DNA 부위의 고유한 조합, 다시 말해 인핸서의 ‘분자 지문’이 있다. 이 패턴은 그 세포가 어떤 유전자 조절을 수행할 잠재력이 있는지를 보여준다. 910

이 구분이 중요한 이유는 여러 신경세포가 같은 전사인자를 공유하거나 유전자 발현 양상이 일부 겹치더라도, 서로 다른 정체성과 기능을 유지할 수 있기 때문이다. 인핸서 지형은 이를 구별하는 추가적인 특이성의 층을 제공한다.

대체 신경세포 연구에는 어떤 의미인가

원하는 종류의 대체 신경세포를 만드는 일은 표지 유전자 몇 개를 켜거나 전사인자 하나를 도입하는 것만으로는 충분하지 않을 수 있다. 정상 발달 과정에서 일어나는 인핸서와 염색질 상태 변화의 적절한 순서를 재현해야 할 가능성이 있다는 것이 이번 연구가 주는 시사점이다.

이는 파킨슨병, 근위축성 측삭경화증(ALS), 녹내장처럼 신경세포 손실이 관여하는 질환의 세포 대체 연구를 생각하는 틀로 활용될 수 있다. 다만 이번 연구는 초파리 시각계를 대상으로 했으며, 인간 치료를 입증한 것은 아니다. 당장의 성과는 신경세포 정체성이 어떻게 정해지는지에 관한 더 정교한 지도이며, 이는 향후 재생의학 연구의 방향 설정에 도움을 줄 수 있다. 910