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뇌연구원, 오믹스-AI 융합연구로 치매 초기 분자기전 예측
2020년 08월 04일 (화) 09:42:48 DGN webmaster@dgn.or.kr
- 한국뇌연구원 천무경 박사, 계산생물학 분야 국제 학술지 게재
- 인공지능 GAN 이용한 뇌질환 전사체 분석으로 치매 진행과정 예측

□ 한국뇌연구원(KBRI, 원장 서판길)은 천무경 박사가 AI를 활용해 생체정보(오믹스) 데이터를 분석하여, 뇌에서 아밀로이드 베타의 증가가 콜레스테롤 합성을 유도한다는 것을 발견했다고 3일 밝혔다.
※ 오믹스(omics) : 전체를 뜻하는 옴(-ome)과 학문을 뜻하는 익스(-ics)가 결합된 말로, 생체 내 유전물질을 이루는 단백질의 활동 등 생명현상과 관련한 중요한 정보를 분석하는 학문

○ 연구결과는 계산생물학 분야 국제 학술지 PLOS Computational Biology 7월호에 게재되었으며, 논문명과 저자는 다음과 같다.
* (논문명) A practical application of generative adversarial networks for RNA-seq analysis to predict the molecular process of Alzheimer's disease
* (저자) 박진희(제1저자), 김혜린, 김재광, 천무경*(교신저자*)

□ 아밀로이드 베타는 치매의 원인 단백질로 잘 알려져 있으며, 정상인의 뇌 속에서 과도하게 많아질 경우 미세아교세포* 등에 의해 제거된다. 한편, 콜레스테롤은 세포막을 구성하고 막의 유동성을 조절하며, 체내 항상성 유지를 위해서 혈액 내 일정수준으로 유지되어야 한다. 이러한 과정들이 정상적으로 진행되지 않으면 체내에 병리적 이상이 발생하게 된다.
※ 미세아교세포(Microglia) : 뇌에서 면역기능을 담당하는 신경원세포의 일종

□ 연구팀은 알츠하이머 질환이 유발된 마우스의 대뇌피질 조직 데이터를 GAN(생성적 적대 연결망)*이라는 인공지능으로 분석하였다. GAN은 생성자(Generator)와 구분자(Discriminator)간 경쟁을 통해 데이터를 생성하고 학습하여 실제에 가까운 가짜를 만들어내는 알고리즘으로, 오바마 대통령의 가짜 연설 영상이나 얼굴 노화 예측에 활용되는 등 최신 딥러닝 알고리즘으로 주목받고 있다.
※ GAN : Generative Adversarial Networks

□ 연구팀은 GAN을 이용해 정상 마우스에서 치매 유전자 발현을 시뮬레이션하고, 정상형(wild-type)에서 치매 단계로 진행될 때 유전자 발현의 변화과정을 관찰하였다. 그 결과, 아밀로이드 베타가 증가하면서 콜레스테롤 합성을 초기에 유도한다는 사실을 발견하였다. 또한, 인간 사후 뇌조직에서도 관련성을 확인하였다.

○ 이는 아밀로이드 베타의 증가가 콜레스테롤 합성의 시그널 역할을 하며, 두 과정이 상호작용하면서 시냅스 형성 및 시냅스 가소성에 관여할 수 있는 가능성을 의미한다.

□ 본 연구는 RNA 전사체 분석에 AI를 융합하는 독특한 연구기법을 사용한 것으로, 연구자들에게 보다 체계화된 해석 및 실험을 위한 디자인을 제공하고, 의료 산업계에는 질병 초기에 일어나는 생체 내 변화를 예측하는 새로운 접근법을 제시했다는 데 의의가 있다.

□ 천무경 박사는 "GAN을 활용하면 질환으로 인한 유전자 발현의 차이 분석에서 더 나아가 현상의 원인을 찾아들어감으로써 분자기전 과정을 설명할 수 있다“며 "이러한 방법론이 지속 확대되고 오믹스 데이터가 축적된다면, 샘플 획득에 시간이 많이 소요되던 기존 뇌질환 및 노화 관련 분석의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

□ 한편, 이번 연구는 한국뇌연구원 기관고유사업의 지원을 통해 수행됐다.
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