[데일리비즈온 김소윤 기자] 미토콘드리아(세포에 에너지 공급하는 역할)의 DNA를 전사하는 효소의 새 움직임이 국내 연구진에 의해 발견됐다. 이로 인해 미토콘드리아 유전자 발현 관련 항암체 등이 개발될 것으로 기대된다.

9일 울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 김하진 교수팀은 미토콘드리아의 DNA를 전사하는 효소(RNA 중합효소)가 ‘거꾸로 움직이는 현상(백트래킹)’을 발견했다고 밝혔다.

세포핵 전사에서는 이러한 움직임이 발견됐었는데 미토콘드리아 전사에서 중합효소의 백트래킹이 발견된 것은 이번이 최초다. 핵 DNA 전사 중 발견된 백트래킹은 전사 진행 여부를 알아보는 역할을 한다.

이에 따르면 DNA에 저장된 유전정보는 전사과정을 거친 뒤 단백질로 발현된다. 이 과정은 통상적으로 세포핵에서 발생된다. 다만 미토콘드리아도 자체 전사 시스템으로 자신의 유전정보가 담긴 RNA를 합성하는데 이 과정에서 단백질을 만든 뒤 합성된 단백질을 이용해 ‘세포 에너지 공급책’ 역할을 한다는 설명이다.

이에 미토콘드리아 전사 과정은 세포의 생명 유지 및 노화와 직접적으로 관련된다. 이 과정을 정확히 밝혀낸다면 해당 과정을 교란시켜 암세포를 죽일 수도 있고 해당 과정에 이상 현상으로 인해 생기는 질병을 치료할 수도 있다.

RNA 중합효소의 경우 DNA 가닥 위를 한 걸음씩 전진하며 RNA를 합성하는 효소다. 이 중합효소가 DNA 가닥에 붙어 생기는 복합체의 움직임을 분석한 결과 중합효소의 백트래킹을 암시하는 현상을 발견했다는 것이 연구팀의 설명이다.

연구팀 관계자는 “미토콘드리아 유전자 발현을 조절하는 전사 경로를 이해하고, 미토콘드리아 관련 유전 질환 치료제, 항암제 등을 개발하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 이번 연구는 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 8월 27자로 공개됐다.

6월에도 RNA 관련 연구 결과가 발표됐다. 석달 전 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단 김빛내리 단장과 김종서 연구위원이 필두로 구성된 연구팀이 사람 세포 속 RNA와 RNA결합단백질 간의 결합 부위를 정확하게 찾아낼 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

RNA 결합단백질은 유전자 발현을 조절하는 핵심 인자로 이번 연구로 인해 질병과 세포 기능과 연관된 단백질의 기본 원리를 밝히는 데 도움될 전망이다.

이에 따르면 통상적으로 단백질은 전사 후 조절을 거치면서 기능을 가지면서도 RNA 결합단백질과 RNA 사이 결합 원리와 상호작용은 거의 밝혀지지 않은 실정이다. 구조가 복잡해 어느 조각이 결합자리인지조차 정확히 알 수 없었기 때문이다.

이를 알아보기 위해서는 작은 단백질 조각의 질량을 측정한 뒤 해당 조각을 구성하는 아미노산 및 단백질 내 위치를 추론하는 질량분석법을 쓰곤 한다. 다만 기존 연구에서는 RNA가 완전히 분해되지 않고 남아있는 RNA 조각 크기가 다 달라서 질량 측정에 관련 오차를 고려해야 했다.

이를 고려하고도 확실하게 RNA 조각이 붙었다고 판단되는 아미노산 자리만 알 수 있던 셈이다. 연구팀은 기존에 쓰던 효소가 아닌 불산을 사용했다. 불산은 RNA를 동일한 분자 한 개로 완전히 분해해 한 번에 2000개 RNA 결합자리를 찾아낼 수 있었다는 설명이다.

연구팀은 RNA 조각의 질량 오차를 줄임으로써 RNA 결합자리를 더 많이 알아낼 수 있었다. 이 결과 세포 전체 RNA에 결합한 600개의 RNA 결합단백질 내에서 약 2000 종류 RNA 결합자리를 아미노산 수준의 고해상도로 찾아낼 수 있었다고 설명했다.

이들은 이번 연구 과정에서 루게릭병의 원인 단백질인 TDP-43과 DNA 복구에 필수적인 PRKDC에 존재하는 RNA 결합자리를 찾았다. 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 구조 분자 생물학’ 온라인판에 게재됐다.