제목 | ‘장애물달리기 선수처럼’… DNA 손상 찾는 단백질 원리 규명 | ||
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보도일 | 2019-08-29 12:00 | 조회 | 1481 |
연구단명 |
유전체 항상성 연구단 |
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‘장애물달리기 선수처럼’… DNA 손상 찾는 단백질 원리 규명- IBS 유전체 항상성 연구단, 단분자 이미징 통한 관찰 성공 - - 다른 단백질 뛰어넘는 움직임 이용하면 유전질환 치료 도움 기대 - 장애물달리기 선수처럼 DNA 위를 폴짝폴짝 뛰어다니며 손상을 찾는 단백질의 이동 원리가 밝혀졌다. 신속하게 이동하며 DNA 손상을 파악하는 이 원리를 이용하면 암을 비롯한 다양한 유전질환의 치료법에 단서를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 유전체 항상성 연구단 올란도 쉐러(Orlando Schäre) 부연구단장 연구팀은 울산과학기술원(UNIST)과 공동으로 ‘XPC-RAD23B’ 단백질의 움직임을 관찰하는 데 성공했다. XPC-RAD23B 단백질은 우리 몸속에서 DNA 손상을 탐색하는 역할을 한다고 알려져 있다. 하지만 아직까지 이 단백질이 어떻게 손상 부위를 찾는지는 확인된 바가 없었다. 연구진은 ‘DNA 커튼1)’이라고 불리는 단분자 분광학2) 기술을 이용해 DNA 위에서 움직이는 XPC-RAD23B 단백질의 움직임을 실시간으로 확인했다. 그 결과 이 단백질이 DNA를 따라 움직이며 손상 부위를 확인한다는 것이 밝혀졌으며, DNA 위의 다른 단백질을 피하기 위해 폴짝폴짝 뛰어다니는 것도 관찰됐다. 이번 논문의 제1저자인 천나영 연구원은 “XPC-RAD23B은 다른 단백질을 쉽게 통과할 수 있기 때문에 30억 개에 이르는 DNA의 손상 부위를 빠르게 찾을 수 있었던 것”이라며 “이를 이용하면 다양한 질병의 원인이 되는 DNA 손상을 빠르게 알아내는 분자생물학적 방법을 개발할 수 있을 것”이라고 설명했다. 유전정보를 담고 있는 DNA는 자외선이나 유독물질에 쉽게 손상되고 변형된다. 이런 손상에도 돌연변이를 갖지 않는 건, 우리 몸속에서 손상된 DNA를 빠르고 정확하게 원상 복구하는 ‘뉴클레오타이드 절제 복구(NER)3)’가 계속 진행되기 때문이다. 이 복구는 다양한 단백질들의 상호작용으로 진행되는데, XPC-RAD23B 단백질이 손상 부위를 확인하는 게 시작점이 된다. 연구진은 이번 발견이 DNA 손상으로부터 유래하는 피부암, 색소성건피증 등 다양한 유전질환을 치료할 수 있는 분자생물학적 기반이 될 것으로 기대하고 있다. 이자일 교수는 “현재 현미경 기법으로는 세포핵 내에서 일어나는 단백질과 DNA의 상호작용을 정확하게 관찰할 수 없는데, 이번 연구를 통해서 이런 한계를 극복할 수 있었다”며 “다양한 질병의 원인이 되는 DNA와 단백질의 상호작용을 보다 정확하게 관찰할 수 있는 토대를 마련한 것”이라고 강조했다. 이번 연구성과는 기초과학연구원(IBS), 한국연구재단 중견연구자 지원사업, 포스코 청암펠로우십의 지원으로 이뤄졌다. 연구 결과는 세계적 학술지 뉴클레익 에시드 리서치(Nucleic Acid Research, IF: 11.56) 8월 2일 온라인 게재됐으며, 중대한 발견(Breakthrough Article)으로 주목받았다. 그림설명 ▼ 그림 1. DNA커튼을 이용한 XPC-RAD23B의 움직임 관찰과 충돌 실험
1) DNA 커튼(DNA Curtain) : 수백 개의 DNA를 커튼처럼 펼친 후에, 각 DNA와 단백질을 형광을 이용해 이미지를 관찰함으로써, DNA 위에서 단백질들이 어떻게 움직이는가를 실시간으로 관찰하는 방법. 단백질과 DNA의 상호작용을 연구할 수 있는 첨단 기술이다. 2) 단분자 분광학(Single-molecule Spectroscopy) : 전통적인 생화학 및 분자생물학적인 방법은 한 튜브 내에 다수의 분자를 넣고 그 평균적인 효과를 측정한다. 이러한 측정법은 전반적인 경향성을 파악하는 데 주효하지만, 분자들이 가지는 세부 상태나 동역학적 변화를 관찰하기는 쉽지 않다. 단분자 분광학은 생체분자 각각을 관찰하는 새로운 실험기법으로, 기존의 측정방법에서 관찰할 수 없었던 세부 특성을 관찰할 수 있으며, 쉽게 동역학적 정보를 얻을 수 있다. 나아가 분자들의 움직임과 분자들 사이의 상호작용을 직접 관찰할 방법을 제공한다. 3) 뉴클레오타이드 절제 복구(Nucleotide Excision Repair, NER) : DNA 손상복구 기전 중 하나로 자외선에 의해서 발생하는 CPD 혹은 DNA 염기에 결합된 화합물 등을 제거하여 염기쌍을 원래대로 복구하는 기전이다. 이 기전이 정상적으로 작용하지 않으면, 색소성건피증(Xeroderma Pigmentosum)이라는 질병에 걸리는데, 이 질병은 낮에 햇볕(자외선)을 쬐면 피부가 심각하게 손상되며, 피부암 발병률이 수십 배 높다. 이 기전은 손상된 염기가 있는 DNA 가닥을 도려낸 후에, 반대편 가닥을 이용해서 새로이 염기쌍을 형성함으로써, 유전정보의 손실 없이 DNA 손상을 복구한다. |
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