미래창조과학부(장관 최양희) 산하 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) RNA 연구단 김빛내리 단장 연구팀이 마이크로알엔에이(이하 miRNA) 생성에 결정적 역할을 하는 드로셔(DROSHA) 단백질의 3차원 구조를 세계 최초로 밝혀냈다.

지난 6월 김빛내리 단장은 우재성 IBS 연구위원(서울대 연구교수)과 드로셔-DGCR8 단백질 복합체(일명 마이크로프로세서)가 1개의 드로셔와 2개의 DGCR8 분자로 구성돼 있음을 처음으로 규명한데 이어, 이번 연구에서 엑스선결정학 방법^*으로 드로셔 단백질의 3차원 구조를 규명함으로써 그동안 불명확했던 드로셔의 일부 작동 원리를 알아냈다.
지난 2003년 드로셔 단백질이 처음 발견된 후, 12년 만에 김 단장 연구팀이 처음으로 그 3차원 구조를 밝혀낸 것이다.

* 엑스선결정학 방법 : 단백질에 엑스선을 쬐어 생기는 고유의 회절 패턴을 겹겹이 쌓아 그 구조를 파악하는 방법. 마치 3차원 좌표에 특정 단백질이 갖는 공간적 특성을 그려내는 방법과 같다.

단백질의 3차원 구조는 작동 원리의 이해에 꼭 필요한 정보다. 이번 연구는 드로셔 단백질의 3차원 구조를 처음으로 파악해 냄으로써 그 작동 원리를 보다 세부적이고 깊게 이해할 수 있는 바탕을 마련한 데 큰 의의가 있다.
이번 연구에서 miRNA 생성과정에서 재료물질(miRNA 1차 전구체)절단을 담당하는 마이크로프로세서의 드로셔 분자가 DGCR8 분자 두 개와 결합하는 위치를 명확히 규명했다.
연구진은 드로셔 단백질 3차원 모델링을 통해 마이크로프로세서 중 드로셔의 돌출부가 miRNA 1차 전구체의 하단 분기점에 끼워져 분기점을 인식하고 정확한 위치를 절단하는 모델을 제시했다.
또한, 드로셔 단백질의 3차원 구조가 miRNA 2차 전구체의 절단에 관여하는 다이서 단백질과 구조적으로 유사함을 확인하고, 드로셔와 다이서가 같은 단백질로부터 진화했을 수 있다는 새로운 진화가설도 제시했다.

이번 연구결과는 miRNA 생성과정의 이해를 한층 확장했다. miRNA의 생성과 발현과정을 이해하면 유전자 변이나 이상발현으로 인한 질병의 치료법을 찾을 수 있다. 이번 연구성과는 miRNA를 이용한 신약 개발 등 응용 연구에 이론적 기반을 제공할 것으로 기대된다.
김 단장은 “이번 연구는 지난 6월 Cell 논문을 통해 드로셔-DGCR8 복합체 기능과 구성을 밝힌 데서 더 나아가 드로셔의 구조를 밝히는데 성공했다”며 “연속성 있는 연구가 가능한 환경에서 이뤄낸 쾌거”라고 밝혔다.

▲ 드로셔의 3차원 단백질 구조

▲ 좌). 드로셔-DGCR8 복합체와 마이크로RNA 1차 전구체의 모델,
▲ 우). 다이서와 이중 나선 RNA의 모델

이번 연구 결과는 생명과학분야 세계 최고 권위지 셀(Cell, IF 33.116)誌 12월 31일자(한국시각 1.1. 새벽 2시) 온라인에 게재되었다.
또한 셀은 김빛내리 단장과 우재성 연구위원 등 연구자들이 3차원(3D) 프린터로 구현한 드로셔 모형 등을 활용해 이번 연구 결과를 직접 설명하는 동영상을 자사 웹페이지(www.cell.com/cell) 및 유튜브 채널(www.youtube.com/user/cellvideoabstracts)을 통해 공개할 예정이다.