유전적 돌연변이에 의한 열성형질, 백호

　

　

  하얀 빛깔의 털을 온몸에 두른 뒤 갈색 줄무늬로 멋을 낸 백호는 우리나라를 비롯한 중국, 일본 등 아시아에서 신성한 동물로 여긴다. 꿰뚫어 보는 듯한 눈동자로 주변을 꼼꼼히 살피며, 무리를 보호하는 비범함과 사자, 맹수 따위가 쳐들어오면 앞장서 싸우는 용맹스러움을 느낄 수 있다. 그래서 백호는 동물의 왕으로 불리는 호랑이 가운데에서도 으뜸 왕으로 꼽힌다.

　

  우리 조상들은 호랑이가 가족과 마을을 안전하게 지켜 준다고 믿어 집안 곳곳에 백호 그림을 그려서 붙였다. 궁궐에서는 크게 포효하는 모습을 도장에 새겨 임금을 상징하는 문양으로 활용하기도 했다. 일반 호랑이가 500년을 살아야 백호로 된다는 민담이 있고, 사람을 해치는 나쁜 호랑이 100 마리를 잡아먹어야 백호로 거듭날 수 있다는 전설도 오늘날까지 남아 있다. 또 고구려 고분 벽화에서는 동서남북을 지키는 수호신으로 그려지기도 해, 백호에 대한 우리 민족의 믿음이 뿌리 깊음을 알 수 있다.

　

  백호는 전 세계에서 200여 마리 밖에 없는 무척 귀한 동물입니다. 황금 빛깔의 털을 지닌 보통 호랑이와는 달리 흰 털로 몸을 에워싼 백호는 암컷과 수컷이 모두 이와 같은 유전자를 가졌을 때만 태어날 수 있는데, 그 확률이 1만 분의 1에 지나지 않는다. 게다가 유전적 특성도 잘 발달되어, 일반 호랑이보다 체격이 좋고 행동도 민첩하다.

　

  어두운 줄무늬가 있는 백호는 벵골호랑이(Panthera tigris tigris)의 하나로, 근친으로 인해, 상 염색체 열성형질이 유지되어 유전적 결함을 가진 종이다. 인도 정글에 존재하는 벵골호랑이의 경우 수 세기 동안 변이가 발생하여, 표현형이 알 수 없는 상태로 유지되어 왔다.

　

  이를 Peking-Tsinghua 센터 유전적 다양성과 진화 연구팀에서 백호와 부모의 유전형을 알아보기 위해, 전장게놈을 해독하였다. 16마리의 호랑이 혈통에서 백호로 발현되는 위치를 확인(RAD-Seq)하였으며, 130마리의 호랑이에서 SLC45A2 단백질에서 아미노산 변화(A477V)로 인한 원인 변이를 발견하였다. 부분적으로 수송채널을 차단하여 멜라닌에 영향을 끼쳤으며, 이국의 생물 변이를 매핑하는 결합 가능성을 예측하고, 동일한 유전자가 인간, 말, 닭 등에서 일어나는 지를 확인하였다. 또한 이러한 변이들이 야생에서 생존하기 위한 종의 다형성 특징 중 하나로 보고하였다.

　

백호는 진짜 알비노는 아니다?

　

  호랑이의 털 색상과 패턴은 생존에 필수적인 특징이다. 같은 종에서는 형태학적 특성을 공유하며, 전반적으로 균일한 색상을 띈다. 일반적인 호랑이는 오렌지 배경에 검은색 줄무늬가 상징적인 패턴을 보인다. 그러나 자연 종 내에 털 색상이 다양하게 나타나는 포유류 분류군도 있다.

　

  백호는 털 색깔 형성과 색소 침착에 적응하는 능력을 가지지만, 상 염색체 열성의 단일 유전자변이를 유전하여 유지하는 특징이 있다. 특히 모피, 파란 눈, 분홍색 코, 분홍색 발 패드에 어두운 갈색 줄무늬를 가진 희귀변이를 가지고 있다. 인도 야생대륙에서 1500년대까지 산발적으로 관찰하였고, 연구에 이용된 호랑이는 1951년 수컷 호랑이 모한(Mohan)으로 Rewa에 감금되어 성장, 현재는 Madhya Pradesh에 서식하고 있다.

　

  멜라닌(melanin) 색소는 피부, 머리카락, 눈 색깔을 결정하는 2가지 유형으로 나타난다. 페오멜라닌(pheomelanin)는 적황색, 멜라닌은 갈색과 검은색을 생성하며, 안료 중 하나를 억압하면 특정 색상의 형성에 영향을 미친다. 심각한 멜라닌 결핍 또는 변이로 인해 범발성 백색증(oculocutaneous albinism), 헤르만스키-푸드락 증후군(Hermansky-Pudlak syndrome), 그리셀리 증후군(Griscelli syndrome), 흑색종(melanoma) 등의 인간의 질병과 연관성이 있다.

　

  백호는 페오멜라닌이 없고, 멜라닌이 눈과 줄무늬, 머리카락에 존재하는 점에서 진정한 알비노 변이를 가지고 있는 것은 아니다. 일부 백호는 망막 상피 세포 및 홍채의 색소 감소로 인해 사시가 나타나기도 하며, 백호의 변이는 설치류와 고양이, 버파, 친칠라 변이 등의 표현형이 유사하고, 대립유전자도 유사하게 발견된다. 백호와 일반 호랑이의 MC1R, ASIP, TYR, TYRP1, SLC7A11 유전자가 색을 결정하는데, 여기에 변이가 생기는 것이다.

　

SLC45A2 단백질의 단일 아미노산 치환과 유전적 보존

　

　

  2개의 대립유전자를 가진 백호를 결정하는 유전자에서 야생형(W)은 열성형(w) 변이에 비해 지배적이다. Ww x ww 혈통의 7마리 백호와 9마리 일반 호랑이를 대상으로 30배수로 전장 게놈을 해독하여, 509,220개 SNP를 확인하였다. 16마리 중 15마리에서 172,554개 loci를 GWAS로 확인하였으며, 백호와 일반 호랑이에서 3.3Mb haplotype을 밝혔다. 호랑이 참조게놈과 23개 유전자에서 LD 간격을 확인하였으며, 부모 게놈에서 SNP를 비교 분석하여 다형성을 발현하는 7개 유전자를 발견하였다. 그 중 유전자 2개는 nonsynonymous 변이로 엑손 7번에 있는 SLC45A2 유전자에서 염기가 T에서 C로 변하며, 아미노산이 알라닌(Ala)이 발린(Val)으로 변하였다. 유전자 2개가 밀접히 연관되어 있었으며, 백호 5마리와 일반호랑이 8마리에서 발견되었다.

　

  다양한 원인변이를 가진 130마리 호랑이로 연구를 확장하여 진행하였다. SLC45A2 단백질에 A477V 변이가 나타난 호랑이에서는 범발성 백색증 제4형이 나타났다. 또 피부색과 관련된 인간의 색소 유전자 변이를 가지고 있었으며, 쥐, 말, 닭, 송사리를 포함하여 여러 척추동물 종에서 피부, 머리의 염색 원인이 되었다.

　

  SLC45A2 단백질은 고등 척추동물 사이에 같은 위치에 변이가 보존되며, 창백한 피부와 짙은 금발머리를 가진 독일인에서 보고된 변이이다. 아미노산이 치환되어 3차원 단백질 구조에서 수송 단백질 구조를 형성하여 기능에 영향을 끼쳤다. 발린으로 치환되어 메틸 그룹이 생성되어, TM4, TM5, TM10, TM11 수송 단백질의 구멍크기가 감소하였다.

　

　

  백호는 SLC45A2 유전자에 미스센스 돌연변이(missense mutation)를 보유한다. 검은색 멜라닌으로 말과 닭에서 관찰된 특정 표현형에서 기능이 없거나 적황색 페오멜라닌의 합성을 억제시킨다. 쥐와 닭이 일부 불완전한 열성 대립유전변이를 가지고 있는데, 이는 멜라닌과 페오멜라닌 색소 모두를 억제하는 원인 변이이다. 백호, 닭, 말에서 SLC45A2 변이가 유사하게 나타나지만, 미스센스 열성 대립유전자로 특정 기능에서 차이를 보인다.

　

  SLC45A2 변이는 다양한 표현형을 가졌는데, 페오멜라닌의 시스테인을 생산하며, 멜라노좀에 시스테인을 수송하는 역할을 한다. 고양이 과의 털 패턴에 대한 연구는 TYR, TYRP1, DCT 유전자 영역에서 멜라닌 형성이 되지 않아 어둡게 표시된다고 알려져있다. 고양이와 백호에서 보존되어온 SLC45A2 단백질에 의한 멜라닌에 영향에도 불구하고, 어두운 줄무늬를 유지하는 특징이 있다.

　

  일반적인 호랑이의 SLC45A2(A477V) 대립유전자는 백호에서는 동형, 일반 호랑이에서는 이형으로 변이 대립적인 유전자가 확인된다. 색깔을 희게하는 변이가 진화되어 인도에서는 산발적으로 생산되어 왔고, 서식지가 손실되거나 단편화되어 사냥이 통제되어 왔기 때문에 야생의 백호가 멸종위기에 처하였다.

　

  열성 형질을 유지하기 위해 근친으로 사육되어 왔으며, 근친교배로 인해 조기 사망, 사산, 기형과 같은 건강상의 문제에 원인으로 발생하게 되었다. 백호는 유전자 변이에 의한 것이며, 야생에서 발견된 백호는 성숙한 성체로 유전적 손상이 없으면 살아남을 수 있음을 보여주는 예이다. 또한 인간과 닭의 SLC45A2 변이는 전세계적으로 저 색소 침착 이외의 표현형 특징이 나타나지 않지만, 백호에서는 착색에 영향을 끼쳐 유전적 다형성이 낮은 빈도에도 불구하고 지속적으로 보존되는 특징이 있다.

　

맺음말

　

  호랑이의 흰색 변이는 수송 단백질 SLC45A2에서 아미노산 치환에 의한 것이며, 원인이 되는 유전자 변이를 식별하고 GWAS로 사육 기반의 연구를 수행하였다. 하나의 유전자에 의해 제어되는 중요한 표현형으로, 생물학적 다양성에 대해 유전자 변이는 효율적 수단으로 적용될 것이다. 또한 생리학적 결함을 유발하지 않고, 백호의 착색에만 영향을 미치므로 유전적 다양성의 자연발생 기능으로 볼 수 있다.

　

참고문헌

　

The Genetic Basis of White Tigers

http://www.cell.com/current-biology/retrieve/pii/S0960982213004958

　

역저자

　

글 : Park.HyeonJi

편집 : Yun Sung Cho

키워드 : 벵골호랑이(Panthera tigris tigris), 멜라닌(melanin), 페오멜라닌(pheomelanin), 범발성 백색증(oculocutaneous albinism), 헤르만스키-푸드락 증후군(Hermansky-Pudlak syndrome), 그리셀리 증후군(Griscelli syndrome), 흑색종(melanoma), missense mutation, SLC45A2(A477V) 등