韓연구진, DNA-단백질 '이별 공식' 찾았다

기초과학연구원 강석현 연구위원, 울산과학기술원 김하진 교수팀

염색체 복제 및 손상 복구의 종료에 중요한 단백질 작동원리 규명

【서울=뉴시스】강석현 IBS 유전체 항상성 연구단 연구위원(윗줄 왼쪽 세 번째), 김하진 UNIST 생명과학과 교수(윗줄 오른쪽 두 번째)와 참여 연구진의 모습. (사진/IBS 제공)  [email protected]

【서울=뉴시스】이국현 기자 = 염색체 복제 및 손상 복구 과정의 종료에 관여하는 단백질의 핵심 작동원리가 밝혀졌다.

기초과학연구원(IBS)은 유전체 항상성 연구단 강석현 연구위원팀이 울산과학기술원(UNIST) 김하진 교수팀과 공동으로 염색체 복제가 끝나면 DNA와 결합했던 PCNA(증식성세포핵항원)가 ATAD5-RLC 단백질에 의해 분리되는 메커니즘을 분자 수준에서 규명했다고 3일 밝혔다.

염색체 복제는 생명체의 유지와 유전정보 전달을 위해 필수다. DNA 생성에 관여하는 단백질이 DNA와 결합으로 염색체 복제가 시작된다. 이 중 고리 형태의 단백질인 PCNA는 바늘구멍에 실을 꿴 모양으로 DNA와 결합해 염색체를 복제하고 손상된 염색체를 복구하는데 주도적 역할을 한다. 이후 PCNA가 DNA와 분리되며 염색체 복제 과정이 종료된다.
  
문제는 제때 분리되지 않고 계속 결합된 상태로 있는 경우다. 명경재 단장 연구팀은 이전 연구를 통해 PCNA가 DNA에서 정상적으로 제거되지 않을 경우 오히려 염색체에 돌연변이를 일으키고, 암이 유발될 수 있다는 사실을 생쥐 모델 실험으로 밝혔다. 하지만 PCNA가 임무를 끝낸 뒤 DNA에서 떨어져 나가는 원리는 제대로 밝혀지 못했다. 

【서울=뉴시스】증식성세포핵항원(PCNA)과 DNA의 결합 및 분리 메커니즘. RFC(Replication Factor C, 복제인자C)가 증식성세포핵항원과 결합된 후, 증식성세포핵항원과 DNA의 결합으로 염색체 복제가 시작된다(왼쪽 위). 염색체 복제 후, ATAD5-RLC는 DNA에서 역할이 끝난 증식성세포핵항원의 고리 구조를 열어 증식성세포핵항원을 DNA로부터 분리시킨다(오른쪽 위). ATAD5-RLC가 염색체 손상에 의해 변형된 증식성세포핵항원을 DNA로부터 제거한다(아래). (사진/IBS 제공)  [email protected]

연구진은 ATAD5-RLC 단백질이 DNA와 PCNA의 분리에 관여할 것으로 예측했다. 이에 PCNA와 DNA의 결합 및 분리를 추적할 수 있는 실험법과 실시간으로 결합 및 분리를 관찰할 수 있는 단분자 형광 이미징 실험법을 고안했다.

 이를 통해 ATAD5-RLC 단백질이 PCNA의 닫힌 고리를 열어 DNA와 분리하고, 염색체 복제를 종료하는 메커니즘을 규명해 PCNA의 분리에 필요한 ATAD5-RLC의 구조적 특성을 알아냈다. 또 ATAD5-RLC 단백질이 정상적인 염색체 복제 종료뿐 아니라 염색체 손상에 의해 변형된 PCNA도 분리시켜 염색체 손상 복구 종료에도 관여하는 것을 밝혔다.

연구진은 염색체 복제 과정 및 손상 복구 과정이 정상적으로 종료되게 해 유전 정보의 변형이 일어나지 않도록 조절하는 메커니즘을 밝혔다는데 의미가 있다고 설명했다.

명경재 단장은 "증식성세포핵항원과 DNA의 결합 및 분리는 생명체의 필수 대사과정인 염색체 복제를 이해하기 위해 중요한 정보로 이번 연구로 인해 생명의 근원을 이해하는 데 한 걸음 다가가게 됐다"며 "유전 정보의 이상으로 발생하는 질환의 근본적인 원인을 규명하고 궁극적인 치료법을 개발하는 데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구성과는 네이쳐 커뮤니케이션즈 6월 3일자 온라인판에 게재됐다.


[email protected]