UNIST 연구진, TonEBP 단백질의 유전체 이상 구조(R-루프) 제거 과정 규명
유전체 불안정성으로 발생하는 질병 치료제 개발 기대... NAR 논문 게재
단백질에 의한 DNA 이상 구조해소 과정 도식도
세포 삼투압을 조절하는 단백질이 암이나 노화를 억제하는 데도 관여한다는 사실이 밝혀졌다. 이 단백질은 유전체(DNA)의 이상 구조를 제거해 유전체 불안정성 때문에 발생하는 암이나 노화 현상을 해결할 치료제 개발에 도움이 될 전망이다.
UNIST 권혁무·이자일·명경재(IBS 유전체항상성 연구단 단장) 교수팀은 ‘TonEBP’ (톤이비피) 단백질이 R-루프(R-loop)를 제거하는 데 관여한다는 사실을 밝혔다고 22일 발표했다. R-루프는 전사 (Transcription)과정에서 DNA 이중나선 구조가 일시적으로 벌어지면서 생기는 고리모양 구조체다. R-루프가 제때 없어지지 않고 축적되면 DNA 복제에 이상이 생기고 암이나 노화 현상이 촉진되는 것으로 알려져 있다.
연구 결과에 따르면 TonEBP 단백질은 R-루프를 인지한 후, RNA 제거 효소를 R-루프 쪽으로 끌어오는 과정을 활성화한다. R-루프는 벌어진 한 쌍의 DNA 가닥 중 한 가닥 위에 전사를 통해 합성된 RNA가 붙여진 구조다. 따라서 이 RNA 가닥이 제거되면, DNA 가닥이 평상시의 안정한 이중나선 구조(실 두 개가 꼬여 있는 형태)로 봉합된다.
연구팀은 세포를 관찰하던 중 R-루프가 생성된 곳에 TonEBP 단백질이 공존한다는 것을 발견하고 이 둘 간의 상관관계를 살피는 연구를 시작했다. TonEBP 단백질은 세포의 삼투압을 조절하는 것으로 알려진 단백질이지만, 최근 이 단백질 이상이 당뇨성 신장병이나 간암, 면역 대사 질환을 유발하는 것으로도 밝혀졌다.
이번 연구로 TonEBP 단백질이 RNA 제거를 촉진하는 구체적 과정이 규명됐다. TonEBP 단백질은 DNA에 형성된 R-루프를 인식해 찾는다. 그리고 RNA의 메틸화를 돕는 효소인 METTL3(엠이티티엘쓰리)와 결합해 메틸화 반응을 촉진시킨다. 메틸화 반응은 RNA의 특정 부위에 메틸 작용기(CH3)가 붙는 과정이다. 이 반응은 RNA 제거 효소를 R-루프로 유인한다.
연구진은 TonEBP 단백질이 R-루프를 찾아가는 방식도 밝혔다. TonEBP 단백질은 R-루프에 바로 결합하거나 DNA 가닥 위를 타고 이동하다가 R-루프를 인식하는 두 가지 방식 모두를 이용해 30억 개의 염기쌍으로 구성된 사람의 DNA에서 R-루프를 빠르게 발견한다. 이 분석을 위해 DNA 위를 이동하는 단백질의 움직임을 실시간으로 볼 수 있는 특수기법(DNA 커튼 기법)이 사용됐다.
연구 결과는 세계적 학술지인 ‘뉴클레익 에시즈 리서치(Nucleic Acids Research) 에 12월 11일 자로 온라인 게재됐다. 연구 수행은 한국연구재단, 기초과학연구원(IBS), 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
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