[위즈뉴스] 세포가 DNA 내부의 이상 구조를 제어하는 방법이 밝혀졌다.
기초과학연구원(IBS)은 2일, 유전체 항상성 연구단 이규영 연구위원이 이끄는 연구팀 암 억제 단백질 ATAD5가 DNA 내 이상 구조 형성과 해소를 조절하여 유전체 안정성을 유지하는 원리를 규명했다고 밝혔다. 이번 연구는 향후 암 치료제 및 노화 억제제 개발에 기여할 것으로 기대된다.
ATAD5 단백질이란 4개의 단백질(RFC2,3,4,5)과 복합체를 형성하여 PCNA를 조절하는 복제 조절 단백질을 말한다.
이번 연구결과를 담은 논문은 SCI급 국제학술지 '핵산연구(Nucleic Acids Research, IF=11.15)' 6월 15일자 온라인 판에 게재됐다.
논문명은 'ATAD5 restricts R-loop formation through PCNA unloading and RNA helicase maintenance at the replication fork'이다.
우리 몸의 세포는 생명 유지를 위해 DNA 복제, 전사, 복구 등 다양한 대사 활동을 한다.
이때 RNA가 DNA 이중나선의 한 가닥에 결합한 ‘R-루프(R-loop)’가 일시적으로 형성되어 대사 과정 일부를 도운 후 해소된다. R-루프(R-loop)란 전사 과정에서 만들어진 RNA가 DNA 이중 나선의 한 가닥과 결합하고, 나머지 한 가닥은 단일 나선 형태로 존재하는 DNA-RNA 혼성구조를 말한다.
그런데, R-루프가 해소되지 않고 장시간 유지되면, RNA 전사 단백질이 DNA 복제 단백질과 충돌하는 ‘전사-복제 충돌’이 일어난다. 이 경우 DNA 복제와 전사가 완료되지 못한 채 멈춰 버린다. 이 상태에서 세포분열이 진행되면 DNA가 손상되어 유전정보 안정성이 떨어지고 암으로 이어질 수 있다.
유전체 항상성 연구단은 이전 연구에서 ATAD5 단백질이 DNA 복제 스트레스를 해소하여 안정적인 DNA 복제를 돕고 암 억제에 기여한다는 것을 밝혔다.
DNA 복제 스트레스(DNA replication stress)란 DNA 복제에 필요한 물질이 충분히 공급되지 않거나 세포가 유해물질에 노출되었을 때 DNA 복제가 멈추는 것을 말하며, 복제 스트레스가 적절히 해소되지 못하면 유전정보 안정성이 떨어지고 암 발생으로 이어질 수 있다.
이번 연구에서는 ATAD5 단백질이 DNA 복제 과정에서 R-루프 형성을 제어하여 전사-복제 충돌을 해결함으로써 유전체 안정성을 유지하는 방법을 규명했다.
연구진은 우선 ATAD5 단백질이 R-루프 형성에 미치는 영향을 이해하기위해 siRNA를 이용하여 인간 세포 내 ATAD5 단백질 양을 줄였다. 그 결과 DNA 복제가 진행 중인 세포에서만 R-루프의 양이 증가했다. ATAD5 단백질이 R-루프 형성 억제에 핵심 요소라는 의미다.
siRNA(small interfering RNA)는 특정 유전자 서열에 특이적인 siRNA를 세포에 발현시키면 RNA 간섭(RNA interference) 기작을 통해 특정 유전자의 전령 RNA(messenger RNA) 양을 줄여, 결과적으로 특정 단백질 양을 줄일 수 있다.
또, 염색체 복제를 도와주는 PCNA 단백질이 과다 축적되어 RNA 전사 단백질과 전사-복제 충돌을 일으키고 새로운 R-루프가 형성되었다. 이를 통해 ATAD5 단백질이 DNA 복제 부위에서 PCNA 단백질을 분리하여 새로운 R-루프 형성을 미리 차단한다는 것을 알 수 있다.
추가적으로 연구진은 면역정제-질량분석법을 이용해 ATAD5 단백질이 R-루프를 풀어주는 DNA-RNA 풀림효소 단백질들과 상호작용함을 확인했다.
면역정제-질량분석법(Immunopurification-Mass spectrometry)이란 특정 단백질에 특이적으로 결합하는 항체(단백질)를 사용하여 용액에서 해당 단백질 및 결합 단백질을 질량분석을 통해 확인하는 기술이다.
ATAD5 단백질이 결핍되면 이 작용이 저해되어 DNA 복제 부위의 DNA-RNA 풀림효소 양이 줄어 들었다. ATAD5 단백질이 DNA-RNA 풀림효소 양을 유지하여 복제 중인 DNA에 존재하는 R-루프를 제거한다는 의미다.
연구팀의 이규영 연구위원은 “이번 연구로 ATAD5 단백질이 DNA 복제 조절, DNA 복제 스트레스 해소뿐 아니라 DNA 내 이상 구조 제어 기능을 갖는다는 새로운 사실을 밝혔다”며 “R-루프는 암 발생과 밀접한 관련이 있는 DNA 복구, 노화와 관련된 텔로미어(Telomere) 길이 조절에도 중요하기 때문에 향후 암 치료제와 노화 억제제 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
