KBSI, 초저온전자현미경으로 유전자 발현 메커니즘 규명

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복잡한 유전자발현 과정에 대한 이해를 높이는 성과가 국내에서 나왔다.

한국기초과학지원연구원(KBSI·원장 신형식)은 전성훈 연구장비운영부 전자현미경·분광분석팀 박사팀이 국제공동연구를 통해 유전자 발현 첫 단계를 수행하는 '전사(Transcription)복합체' 3차원 구조를 규명했다고 21일 밝혔다.

RNA 중합효소 및 전사복합체의 초저온전자현미경 구조
<RNA 중합효소 및 전사복합체의 초저온전자현미경 구조>

전사는 DNA 유전정보를 이용해 'mRNA(정보를 전달하는 전령 RNA)'를 만드는 과정을 말한다. mRNA를 합성하는 'RNA 중합효소'는 전사 인자들과 상호작용해 전사 과정을 수행한다.

연구팀은 전사 인자 'TFEα' 작용 기작을 이해하고자 고세균(단세포로 된 미생물 일종) 전사 과정을 분석했다.

KBSI 선도연구장비인 초저온 투과전자현미경(Cryo-EM) 시스템을 활용해 전사복합체 생체시료를 급속 동결시킨 후 3차원 입체구조를 분석했다. 그 결과 TFEα가 RNA 중합효소 '집게 도메인(영역)' 및 '줄기 도메인'에 직접 결합하는 것을 확인했다.

또 효소 구조를 '열림' 상태로 변화시켜, RNA 중합효소가 DNA와 결합하게 한다는 사실을 확인했다. 결합 후에는 도메인이 다시 '닫힘' 상태로 변화해 전사 과정이 안정적으로 진행되도록 한다는 것도 밝혔다.

KBSI 초저온 투과전자현미경 시스템(Cryo-EM system) 모습. 에너지여과 초저온투과전자현미경(왼쪽)과 고분해능 바이오 투과전자현미경(오른쪽)
<KBSI 초저온 투과전자현미경 시스템(Cryo-EM system) 모습. 에너지여과 초저온투과전자현미경(왼쪽)과 고분해능 바이오 투과전자현미경(오른쪽)>

연구팀은 이어 TFEα의 특정 아미노산이 DNA 이중 나선을 풀어 전사가 시작되도록 유도함을 알아냈다.

이번 연구에는 전성훈 KBSI 선임연구원(공동제1저자 및 공동교신저자), 현재경 오키나와과학기술대학원대학교(OIST) 박사(공동제1저자), 조현수 연세대 교수(공동교신저자), 무라카미 카즈히코 펜실베니아 주립대 교수(공동교신저자) 등이 참여했다.

전성훈 박사는 “많은 질병들이 유전자 발현 이상으로 발생하는데, 전사 과정 초기에 대부분 유전자 발현이 조절된다”며 “RNA 중합효소 및 전사 과정에 대한 분자 수준에서의 이해는 구조를 기반으로 한 질병 치료제 개발에 바탕이 될 것”이라고 밝혔다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com