Genetic and epigenetic correlates of co-occurring behavioral problems in early childhood

모든 아이는 걱정, 분노, 또는 타인과 잘 어울리지 못하는 순간들을 경험합니다. 대부분의 경우, 이는 성장 과정에서 거쳐 가는 일시적인 단계입니다. 그러나 어떤 아이들에게는 이러한 행동들이 서로 뭉쳐서 나타나며 지속되고 심화되어, 정서적 및 행동적 어려움이라는 더 무거운 짐을 만들어내기도 합니다. 과학자들은 아이가 불안이나 위축과 같은 내부적인 걱정과 공격성이나 반항과 같은 외부적인 행동을 모두 겪을 때, 그 결과가 한 가지 유형의 문제만을 겪을 때보다 더 심각하다는 사실을 오래전부터 알고 있었습니다. 하지만 이 특정한 조합의 생물학적 뿌리는 여전히 미스터리로 남아 있습니다. 우리는 유전자가 우리의 뇌가 발달하고 감정을 조절하는 방식에 역할을 한다는 것은 알고 있지만, 이러한 유전적 지침이 어떻게 어린 시절에 보이는 복잡한 행동의 혼합으로 번역되는지에 대한 명확한 지도는 아직 가지고 있지 않습니다. 이러한 연결 고리를 이해하는 것은 매우 중요한데, 왜냐로 인해 문제가 고착되기 전에 위험군에 속한 아이들을 훨씬 더 일찍 식별하여 잠재적으로 지원할 수 있기 때문입니다.

이 숨겨진 생물학적 신호를 탐구하기 위해, 연구진은 노르웨이의 가족 연구인 '어머니, 아버지, 그리고 아이 코호트 연구(Mother, Father, and Child Cohort Study)'를 활용했습니다. 그들은 세 살과 다섯 살이라는 두 가지 특정 연령의 아이들에게 집중했습니다. 이 어린 나이에는 행동이 아직 자리를 잡아가고 있는 시기이므로, 과학자들은 이러한 문제들의 생물학적 표식들이 희미하고 흩어져 있는지, 아니면 아이들이 성장함에 따라 더 명확하고 조직적으로 변하는지를 확인하고자 했습니다. 연구팀은 두 가지 유형의 생물학적 데이터를 살펴보았습니다. 첫째, 그들은 아이들의 DNA, 즉 모든 세포에 들어있는 설명서를 조사하여 특정 유전적 변이가 이러한 행동 패턴과 연관이 있는지 확인했습니다. 둘째, 출생 시 채취한 탯줄 혈액에 부착된 화학적 태그를 살펴보았습니다. DNA에 붙은 이 태그들은 '메틸화(methylation)'라고 불리며, 유전자의 볼륨을 높이거나 낮출 수 있는 볼륨 조절 노브와 같은 역할을 하며 태아가 출생 전 경험하는 환경의 영향을 받습니다. 연구진은 이 생물학적 스냅샷을 몇 년 후의 아이들의 행동과 비교함으로써, 내부적 문제와 외부적 문제를 모두 겪는 아이들을 위한 분자적 서명을 찾고자 했습니다.

연구진은 먼저 어머니들이 묘사한 아이의 행동을 바탕으로 아이들을 그룹별로 분류했습니다. 어떤 아이들은 차분하고 잘 적응해 있었고, 다른 아이들은 주로 불안을 보이거나, 주로 공격성을 보이거나, 혹은 두 가지가 섞인 모습을 보였습니다. 그런 다음 그들은 수천 명의 아이들의 전체 게놈을 스캔하여, 공존하는 문제를 가진 아이들에게서 더 자주 나타나는 유전 코드상의 단 하나의 글자라도 찾아내려 했습니다. 이 과정은 매우 어려웠는데, 유아기 행동에 대한 유전적 신호는 믿기 힘들 정도로 희미하기 때문입니다. 실제로 세 살 아이들을 조사했을 때는 명확한 유전적 연관성을 거의 발견하지 못했습니다. 그러나 아이들이 다섯 살이 되었을 때, 유전 지도상의 한 지점이 눈에 띄었습니다. 그것은 염색체 13번, 즉 긴 DNA 가닥 위에 위치해 있었으며, 특히 불안과 공격성을 모두 보이는 아이들과 연관되어 있었습니다. 이 단 하나의 지점이 모든 것을 설명해주지는 않지만, 뇌세로가 소통하고 발달하는 방식에 관여하는 것으로 알려진 유전자 근처에 위치한 구체적인 출발점이 됩니다.

더 넓은 그림을 얻기 위해, 연구진은 각 아이에 대한 '다유전자 점수(polygenic score)'를 계산했습니다. 이것은 특정 특성에 대한 일반적인 위험도를 더해주는 수천 개의 아주 작은 유전적 영향들의 누적 합계라고 생각하면 됩니다. 이 접근 방식은 연구에서 가장 많은 것을 밝혀낸 도구였습니다. 점수들은 지속적인 행동 문제를 겪는 아이들, 특히 공존하는 문제를 가진 아이들이 광범위한 정신적 및 인지적 특성과 관련된 더 무거운 유전적 위험 요인을 보유하고 있음을 보여주었습니다. 흥미롭게도, 이러한 위험의 패턴은 아이들이 성장함에 따라 변했습니다. 세 살 때 주의력 문제에 대한 유전적 위험은 공격성과 더 밀접하게 연결되는 것처럼 보였습니다. 그러나 다섯 살이 되었을 때, 동일한 유전적 위험은 그 연관성이 바뀌어 불안과 같은 내면화된 문제와 더 강하게 연결되었습니다. 이는 우리의 유전자가 행동으로 표현되는 방식이 고정되어 있지 않으며, 아이의 뇌와 성격이 성숙함에 따라 진화한다는 것을 시사합니다. 이러한 문제들에 대한 유전적 취약성은 처음부터 존재하지만, 그것이 아이의 일상생활에서 나타나는 방식은 시간이 지나면서 변화하고 더 구조화됩니다.

연구진은 또한 탯줄 혈액에 있는 DNA의 화학적 태그를 조사했습니다. 이 혈액은 아이들이 행동 문제를 보이기 전인 출생 시에 채취된 것이므로, 이 태그들은 태내 환경을 엿볼 수 있는 기회를 제공했습니다. 연구진은 단일 화학적 태그는 그리 도움이 되지 않는다는 것을 발견했습니다. 그것들은 드문드문했고 특정 행동과 연결하기도 어려웠습니다. 그러나 이 태그들이 함께 작동하는 네트워크 형태의 집단을 보았을 때, 더 명확한 그림이 나타났습니다. 다섯 살 때, 특정 화학적 태그 그룹들이 공존하는 문제를 가진 아이들과 연관되어 있었습니다. 이 그룹들은 뇌의 연결을 구축하고, 시냅스를 조직하며, 뉴런이 서로 신호를 보내는 것을 돕는 데 관여하는 생물학적 경로와 연결되어 있었습니다. 여기서 중요한 점은, 이러한 발견이 확정적인 진단 도구가 아니며, 이러한 화학적 변화가 행동을 유발한다는 것을 증명하는 것도 아니라는 사실입니다. 혈액은 뇌가 아닌 탯줄에서 온 것이므로, 이는 직접적인 창이라기보다는 대리 지표입니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 조정된 패턴들이 세 살 때가 아닌 다섯 살에 더 명확하게 감지되었다는 사실은 생물학적 신호가 행동 문제가 안정됨에 따라 더 조직화되고 감지하기 쉬워진다는 생각을 뒷받м니다.

연구진은 또한 자신들의 결과가 네덜란드와 영국의 다른 두 대규모 연구에서도 유효한지 확인했습니다. 노르웨이에서 발견된 단일 유전적 지점은 다른 그룹에서는 주요 신호로 나타나지 않았는데, 이는 표본 크기가 더 작거나 인구 집단이 달랐기 때문일 가능성이 큽/ 마찬가지로, 그들이 확인한 화학적 태그들도 다른 연구들에서 부분적으로만 지지되었습니다. 이는 우리가 발견한 신호들이 실제이긴 하지만, 매우 미묘하여 명확하게 보기 위해서는 매우 큰 규모의 집단이 필요함을 말해줍니다. 이 연구는 어린 시절의 행동 문제를 해결했다고 주장하는 것이 아닙니다. 대신, 조각들이 시간이 지남에 따라 어떻게 맞춰지는지에 대한 더 명확한 시야를 제공합니다. 이는 공존하는 고통의 생물학적 뿌리가 단 하나의 크고 울리는 경보음이 아니라, 아이가 유아기에서 초등학교 저학년 시기로 넘어가면서 점점 더 조화로워지고 감지하기 쉬워지는 유전적 및 후성유전적 요인들의 조용하고 복잡한 합창이라는 것을 시사합니다.

궁극적으로, 이 작업은 초기 아동기 행동의 생물학이 움직이는 목표임을 강조합니다. 신호들은 세 살 때는 명확히 보기에는 너무 희미하지만, 다섯 살이 되면 행동 자체의 안정성을 반영하는 방식으로 정렬되기 시작합니다. 가장 강력한 증거는 많은 작은 유전적 영향의 총합을 살펴보는 것에서 왔으며, 이는 다양한 유형의 정신적 및 인지적 도전 과제 전반에 걸친 공유된 취약성을 가리켰습니다. DNA의 화학적 태그는 보완적인 힌트를 제공했는데, 이는 태내 환경과 초기 뇌 발달이 이러한 후기 어려움의 토대를 마련하는 데 관여하고 있음을 시사합니다. 비록 우리가 아이의 혈액을 검사하여 미래의 행동을 예측할 수 있는 단계에 도달한 것은 아니지만, 이 연구는 이러한 문제들이 생물학에 깊이 뿌리박혀 있으며 아이와 함께 진화한다는 것을 이해하는 기초를 마련합니다. 이는 단순히 한 순간만이 아니라, 시간을 두고 아이를 관찰하는 것이 그 발달의 생물학적 이야기를 진정으로 이해하는 데 중요하다는 점을 강조합니다.