‘ATAD5’ 단백질과 DNA 복제과정의 관계를 설명한 그림. ATAD5 단백질은 DNA복제과정에서 PCNA 단백질을 분리해내고, DNA/RNA 풀림효소를 끌어와서 ‘R-루프’를 제거함으로써 정상적인 세포분열을 돕는다. 반면 ATAD5 단백질이 결핍되면 DNA에 PCNA 단백질이 과다하게 쌓여 DNA복제와 RNA전사 과정의 충돌이 일어나 새로운 R-루프가 형성되며 이로써 제대로 복제-전사과정이 완료되지 않은 DNA가 복제돼 이상세포 증식을 유발한다 ./자료제공=IBS국내 연구진이 생물의 세포 내부에서 DNA 불량복제를 방지하는 원리를 규명했다. 앞으로 암 발병과 노화를 억제하는 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
기초과학연구원(IBS)은 본원의 이규영 유전체항상성연구단 연구위원팀이 DNA내 이상 구조 형성을 제어하는 암억제 단백질의 메커니즘을 규명했다고 2일 밝혔다. 해당 단백질은 ‘ATAD5’인데 DNA 안정적인 DNA 복제를 도와 유전체 안정성을 유지하도록 한다는 게 이번 연구의 요체다.
생명체는 정상적인 생체활동을 위해 적정수준으로 분열한다. 각 세포의 설계도 원본인 DNA와 그 본사본인 RNA는 정상적인 세포분열 등을 위해 전사·복제 과정을 거친다. 이때 RNA와 DNA 이중나선의 한 가닥이 결합해 형성되는 일명 ‘R-루프’(R-loop)가 일시적으로 형성돼 대사과정을 도운 후 해소된다. 만약 R-루프가 해소되지 않고 장시간 유지되면 RNA전사 단백질과 DNA복제 단백질이 충돌해 DNA 복제, 전사과정이 제대로 완료되기 전에 중단된다. 이런 미완 상태에서 세포분열이 진행되면 DNA가 손상된 일종의 돌연변이 세포들이 무한 증식해 암 발병으로 이어질 수 있는 것이다. 이 위원팀은 ATAD5 단백질이 DNA복제과정에서 R-루프의 형성을 제어해 ‘전사-복제 충돌’문제를 해결하는 것으로 밝혀냈다.
정상적인 세포분열을 돕는 R-루프의 생성 구조. 세포내 DNA이중 나선중 한 가닥과 RNA 가닥이 결합해 R-루프가 형성된다.실제로 이 위원팀이 실험을 통해 인간 세포내 ATAD5 단백질 양을 줄여보았더니 DNA복제 중인 세포에소 R-루프의 양이 증가하는 것을 확인했다. ATAD5 단백질 양이 줄어드니 염색체 복제를 도와주는 PCNA단백질이 과다 축적돼 RNA전사 단백질과 전사-복제 충동을 일으키고 새로운 R-루프가 형성됐다. 이는 ATAD5 단백질이 DNA복제 부위에서 PCNA단백질을 분리해 새로운 R-루프 형성을 미리 차단한다는 것을 뜻한다.
이 위원팀은 면역정제-질량분석법을 이용해 ATAD5 단백질이 R-루프를 풀어주는 DNA-RNA 풀림효소 단백질들과 상호작용한다는 사실도 확인했다. 특히 ATAD5 단백질 결핍시 DNA-RNA 풀림효소의 양이 감소했다. 이로써 ATAD5 단백질이 DNA-RNA 풀림효소 양을 유지해 복제 중인 DNA에 존재하는 R-루프를 제거한다는 것을 규명하게 된 것이다.
DNA 이상 구조 제어법을 규명한 이규영(뒷줄 오른쪽) IBS 연구위원팀이 명경재(〃왼쪽) IBS 유전체 항상성 연구단장과 기념촬영을 하고 있는 모습./사진제공=IBS이 위원은 이번 연구성과에 대해 “R-루프는 암 발생과 밀접한 관련이 있는 DNA 복구, 노화와 관련된 텔로미어(Telomere) 길이 조절에도 중요하기 때문에 향후 암 치료제, 노화 억제제 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 전했다. 이번 연구성과는 지난 15일 국제 학술지 핵산 연구(Nucleic Acids Research, IF 11.15)온라인판에 게재됐다.
