서강대 연구팀, 손상된 DNA 복구 과정 규명…암·노화 억제 연구에 활용

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국내 연구진이 손상된 DNA가 복구되는 과정을 규명했다. 유전자 복구를 통해 암, 노화 등을 억제하는 기초 연구로 활용이 기대된다.

김도석 서강대 교수팀은 손상된 DNA가 렉에이(RecA) 단백질에 의해 복구되는 과정을 규명했다고 12일 밝혔다. 손상 DNA의 복구는 세포 생명 유지의 필수 현상이지만 그 동안 메커니즘을 명확히 알지 못했다.

렉에이 필라멘트의 내부구조 변화
<렉에이 필라멘트의 내부구조 변화>

렉에이 단백질은 손상된 DNA를 복구하는 핵심이다. DNA 가닥에서 손상된 부분과 동일한 염기서열을 찾아 정상가닥 짝을 맞교환(상동염색체 재조합)하는 방식으로 복구한다. 복구 과정에서 DNA 상에 필라멘트를 형성한다.

DNA는 생명체에 필요한 모든 유전정보가 저장된 생체 고분자다. DNA 손상 시 세포 내 복구가 실패하면 정상 기능을 유지하지 못해 노화와 질병을 일으킨다. 렉에이 단백질의 도움이 없으면 독성물질, 자외선 노출에 대응할 수 없다.

이전까지는 렉에이 단백질이 어떻게 필라멘트를 형성하는지, 상동염색체를 찾아 복구하는지 정확한 메커니즘을 알지 못했다. 세포내 에너지원 ATP(Adenosine tryphosphate)를 어떻게 소모하는지가 큰 의문이었다.

렉에이 필라멘트 형성 및 내부구조변화 모델
<렉에이 필라멘트 형성 및 내부구조변화 모델>

연구팀은 단분자분광 기술을 이용해 렉에이 단백질이 손상된 DNA에 결합했을 때의 변화 과정을 실시간 관찰하는 데 성공했다. DNA 복구 과정에서 일어나는 분자 수준의 현상을 밝혀냈다.

레에이 단백질은 ATP를 통해 얻은 에너지를 이용, DNA 상에서 움직이는 것으로 밝혀졌다. 단백질의 이동은 DNA 염기서열에 큰 영향을 받았다. 특정 염기서열에 맞춰지면 이동이 억제돼 유전 암호를 정확히 읽어낼 수 있었다.

연구팀은 렉에이 단백질의 움직임이 복구 오류를 최소화하기 위한 것이라고 해석했다. 필라멘트 중간에 틈이 발생했을 때 이를 메워 결점을 바로잡을 수 있다. 렉에이 필라멘트는 손상된 DNA를 수 마이크로미터에 달할 만큼 크게 감싼다.

연구팀은 큰 필라멘트 구조를 결점 없이 유지하는 비결을 파악했다. 연구팀이 이용한 단분자분광 기술은 개별 분자 움직임을 나노미터 단위로 실시간 관찰할 수 있다. 두 형광 분자 사이에서 에너지가 이동하는 현상을 이용한다. 렉에이 필라멘트 작동 메커니즘 규명의 가장 큰 걸림돌은 분자 수준의 복잡한 현상을 구분, 해석하는 것이었다. DNA, 렉에이 단백질의 단일 분자 수준 변화를 관찰하기 위해 기술을 이용했다.

김도석 서강대 교수
<김도석 서강대 교수>

김도석 교수는 “렉에이 단백질 형성과 DNA 복구 과정을 면밀히 규명했다”면서 “유전자 복구를 통한 노화, 암과 같은 질병 치료에 근원적 초석을 제공할 것”이라고 기대했다.

연구 결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시즈'에 게재됐다. 교육부, 한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업으로 수행됐다.

송준영기자 songjy@etnews.com