과체중·비만 상태가 유전자에 새겨져, 다이어트를 시도했을 때 요요 현상을 일으킬 수 있다는 연구결과가 나왔다. 국제 학술지 「네이처(Nature)」에 게재된 후성유전학 분야의 연구 내용이다.
유전자의 역할, 환경 영향 받을 수 있어
후성유전학(Epigenetics)은 유전학의 하위 분야 중 하나로, ‘유전자의 발현’을 조절하는 과정을 연구한다. 여기서 유전자의 발현이란, 특정 유전자가 활성화돼 생물학적 기능을 수행하는 것을 의미한다.
본래 한 개인의 ‘유전적 요인’이라는 것은 DNA 서열에 의해 결정된다. 부모로부터 물려받은 유전자의 구조와 기능을 포함해, 개인의 고유한 정보를 형성한다. 인간의 몸은 이 유전자의 정보에 따라 단백질을 만들고 각종 생체 기능을 활성화시킨다.
이 과정에서 우리 몸에서는 무수한 화학적 변화가 일어나며, 이들은 유전자 발현을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 그 중에는 선천적인 DNA 서열에 영향을 주지 않으면서 유전자 활동에 영향을 미치는 경우가 많다. 이러한 변화를 집중적으로 연구하는 것이 바로 후성유전학이다.
즉, 후성유전학의 핵심은 세포 단위에서 ‘어떤 세포가 어떻게 작용해야 하는지를 알려주는 것’이다. 같은 유전자를 가진 세포라도 후성유전적 변화, 즉 ‘환경 변화’에 따라 서로 다른 기능을 수행할 수 있다는 것이다.
우리는 모두 선천적으로 어떤 유전적 정보를 가지고 태어났다. 하지만 같은 유전 정보를 가지고 태어났다고 해도 살아가는 모습이 똑같지는 않다. 성장 환경, 식습관을 비롯한 일상적 패턴, 체중 변화와 같은 것도 모두 ‘평생 바꿀 수 있는 것’에 해당한다.
과체중 이력, 지방 세포가 기억한다
후성유전학 관점에서 보면, 우리는 살면서 다양한 환경을 경험하게 되며 이로 인해 유전자 발현의 변화를 겪게 된다. 가장 일상적이고 쉽게 접근할 수 있는 변화라면, 바로 ‘체중 변화’를 들 수 있겠다. 대부분의 사람들은 고칼로리 식단과 운동 부족으로 인해 과체중·비만 상태가 될 수 있다. 이는 대표적인 후성유전적 변화를 초래하는 환경 요인이다.
스위스 취리히 연방 공과대학의 후성유전학 교수 페르디난트 폰 마이엔 박사 연구팀은 체중이 줄었다가 고작 몇 주만에 다시 돌아오는, 이른바 ‘요요 현상’이 나타나는 원인에 관심을 기울였다. 그들은 이것이 후성유전학에 기인한다고 보고, 세포 단위의 원인을 찾기 위해 연구를 진행했다.
연구팀은 과체중 상태에 있는 쥐, 그리고 다이어트를 통해 과도하게 체중을 줄인 쥐를 대상으로 삼아 지방 세포를 분석했다. 그 결과 과체중이나 비만이 지방 세포의 핵에서 후성유전적 변화를 일으킨다는 것을 발견했다.
또한, 연구팀은 ‘다이어트를 실시해 체중을 줄였음에도 지방 세포에 나타난 변화가 유지된다’는 사실에 집중했다. 이는 과체중으로 인한 지방 세포의 후천적 변화가 남아있기 때문에, 다시 과체중 상태가 되기 쉽다는 것을 의미한다. 연구팀은 고지방 식단을 제공했을 때, 지방 세포의 변화가 남아있는 쥐가 그렇지 않은 쥐에 비해 더 빨리 체중이 늘어난다는 것을 확인했다.
연구팀은 인간에게서도 이와 동일한 메커니즘이 나타난다는 증거를 찾았다. 그들은 연구소와 여러 곳의 병원으로부터 위 축소술이나 위 우회술 등의 체중 감량 수술을 받은 사람들의 지방 조직을 확보해 생체 검사를 실시했다. 유전자 발현을 분석한 결과, 연구팀은 과체중 쥐 모델을 연구한 것과 일치하는 결과를 얻었다.
수명 긴 지방 세포, ‘예방’이 최선
연구팀이 결론에 접근하는 과정은 상당히 복잡하지만, 도출한 답은 간단하다. ‘우리 몸의 지방 세포는 과체중이었던 시절을 기억한다’라는 것이다. 이는 체중 감량 목적의 운동에서 이야기하는 ‘세트 포인트’나 ‘체중 항상성’과도 어느 정도 같은 맥락이라 할 수 있다.
다만 연구팀은 ‘지방 세포에 나타난 변화가 얼마나 오랫동안 유지되는지를 조사하지 않았다’라고 밝혔다. 연구팀의 박사 과정생인 로라 힌테는 “지방 세포는 수명이 긴 세포”라며 “평균적으로 우리 몸이 지방 세포를 새롭게 대체하기 전까지 10년 정도 산다”라고 이야기했다. 명확하게 확인되지는 않았지만, 지방 세포의 수명 내내 유지될 수도 있다는 뜻이다.
물론, 지방 세포가 후천적으로 변화를 겪은 것처럼, 어떤 환경 조건에 의해 다시 변화를 겪을 가능성도 배제할 수는 없을 것이다. 현재로서 분명한 것은, 약물 등을 사용해 지방 세포에 일어난 후성유전적 변화를 바꾸거나 지울 수는 없다는 것이다.
폰 마이엔 교수는 “지방 세포의 기억 효과로 인해, 처음부터 과체중이 되지 않도록 하는 것이 요요 현상을 겪지 않는 가장 간단한 방법이다”라고 덧붙였다. 연구팀의 구성원들은 어린이와 청소년, 그리고 그 부모를 대상으로 이 메시지를 적극적으로 전파하고 있다고 전했다.
연구팀이 인정한 또 한 가지 맹점은 ‘후천적 변화와 기억이 지방 세포에서만 일어나지 않는다’는 사실이다. 즉, 지방 세포 외에도 요요 현상에 영향을 미치는 다른 세포가 있을 수 있다는 것이다. 폰 마이엔 교수는 이 사실을 지적하며, 후속 연구를 통해 이를 탐구할 예정이라고 밝혔다.
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