24일 미래창조과학부는 DNA에 결합해 생명체의 유전자 발현을 조절하는 단백질인 억제인자와 항억제인자의 새로운 구조를 밝혀 기존의 방식과 다른 결합 및 분리 작용이 일어난다는 것을 규명했다고 밝혔다. 억제인자는 생명체의 DNA에 결합해 유전자의 발현을 저해하는 조절 단백질을 말한다. 항억제인자는 이와 반대인 억제인자 단백질에 달라붙어 억제인자가 제 기능을 하지 못하게 만드는 단백질이다.
특정 유전자를 발현시키기 위해서는 DNA로부터 억제인자를 떨어뜨리는 것이 필수적이다. DNA에 안정되게 결합하고 있는 억제인자를 떼어내는 메커니즘이 다각도로 연구되고 있는데, 지금까지는 억제인자 자체를 분해하거나 항억제인자를 이용해 DNA로부터 억제인자를 떼어내는 방식 등이 밝혀졌다. 이 가운데 항억제인자가 관여하는 통상적 방식은 DNA 구조를 모방하는 항억제인자가 DNA 대신 억제인자에 경쟁적으로 결합함으로써 억제인자의 DNA 결합을 방해하는 방식이다.
살모넬라균과 같은 식중독 원인균은 다양한 병원성 유전자를 발현함으로써 식중독을 일으킨다. 연구팀은 살모넬라균을 특이적으로 감염시키는 박테리오파지인 SPC32H로 부터 기존에 보고된 것과 종류가 다른 억제인자(Rep), 항억제인자(Ant) 쌍을 발견하고 이의 작동 방식을 규명하고자 연구를 시작했다. 박테리오파지는 세균만을 특이적으로 감염시키는 바이러스로 세균 바이러스라고도 부른다.
먼저 X-선 결정학 기법을 이용해 두 단백질 복합체의 고해상도 3차원 구조를 규명했다. 지금까지 대부분의 억제인자는 2량체를 이뤄 DNA에 결합하는 것으로 알려져 있었지만 연구팀은 이번 연구의 억제인자가 4량체를 이뤄 DNA에 결합하며 특히 서로 다른 2개의 비대칭적 2량체로부터 각각 하나씩의 DNA 결합 도메인이 관여해 DNA에 결합한다는 새로운 사실을 밝혔다.
이번 연구 결과는 미생물 세포의 유전자 발현을 조절하는 새로운 방법을 개발하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 억제인자-항억제인자 쌍을 다양한 식중독균에 적용할 수 있다면 식중독균이 병을 일으키는데 필요한 유전자 발현을 선별적으로 조절할 수 있을 것으로 예상된다.
유상렬 교수는 “이번 연구 성과는 유전자의 발현을 떨어트리는 조절 단백질이 DNA에 어떻게 결합하는지, 어떻게 분리되는지에 대한 새로운 발견”이라며 “이 조절 단백질이 식중독균의 병원성 유전자 발현을 조절할 수 있도록 추가 연구가 진행된다면 식중독 원인균에 대한 새로운 항미생물제제를 개발하는데 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다.
유상렬·이형호 서울대 교수 연구팀이 수행한 이번 연구는 학술지 PNAS 온라인판 4월20일자(논문명: Noncanonical DNA-binding mode of repressor and its disassembly by antirepressor)에 실렸다.
