수 십 조에 달하는 우리 몸의 세포들은 지금 이 순간에도 활발하게 분열하고 생장하며 우리 생명을 지탱해가고 있다. 그러나 무분별한 세포 분열은 오히려 암 발생의 주요 원인이 된다. 때문에 세포 분열로 ‘태어난’ 하나의 세포가 생장하여 다시 두 개의 세포로 분열해가는 일련의 과정인 세포 주기 세포주기가 어떻게 조절되는지는 매우 중요한 연구과제다.

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) RNA 연구단 김빛내리 단장 연구팀은 세포 주기를 조절하는 메커니즘을 단백질이 아닌, 성숙한 세포 전령 RNA의 아데닌꼬리 아데닌 꼬리 길이에서 찾았다. 아데닌 꼬리 길이와 단백질로의 번역 효율 사이의 상관관계를 유전자 수준에서 최초로 밝힌 것이다.

기존의 세포 주기 연구는 주로 단백질의 번역 후 과정에 집중했던 것과는 달리, 연구진은 단백질 번역 이전의 단계인 RNA 수준에서 아데닌 꼬리에 연구의 초점을 맞췄다. 전령 RNA의 아데닌 꼬리 부위는 단백질 번역 효율에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있기 때문이다. 그러나 성숙한 세포에서는 번역 과정이 다양한 요소들에 의해 조절돼, 아데닌꼬리 길이가 단백질 합성에 미치는 영향력이 존재하는지를 두고 학계에 의견이 분분했다. 이에 연구진은 전령 RNA 수준에서 성숙한 세포의 아데닌꼬리 길이와 번역 효율 사이의 상관관계를 밝혀내는 데 성공했다.

연구진은 꼬리서열 분석법(TAIL-seq)과 리보솜 프로파일링(ribosome profiling) 기술을 이용하여 전체 유전자 중 아데닌 꼬리 길이가 조절되는 유전자들의 번역 조절 메커니즘을 규명했다. 연구진은 세포 주기에 관여하는 유전자 전령RNA의 아데닌 꼬리가 분열기에 선택적으로 20 뉴클레오티드 이하로 짧아지면서, 이에 따라 해당 유전자의 번역이 감소한다는 사실을 확인했다. 이는 분열기에 세포 주기 조절 유전자들의 단백질 번역이 감소되어야, 세포 분열을 마무리한 후 다음 세포 주기로 넘어갈 수 있기 때문인 것으로 추정된다. 즉, 세포 주기를 조절하는 핵심 유전자들은 선택적으로 아데닌 꼬리의 길이가 조절돼, 번역이 조절되는 것이다.

유전자 정보를 담고 있는 전령 RNA는 생명 활동이 일어나는 세포에서 핵심적인 역할을 수행한다. 암과 같은 질병이 세포 주기가 정상적으로 진행되지 않음으로 인해 발병된다는 것을 고려할 때, 세포 주기 조절에 중요한 유전자들의 전령 RNA 아데닌 꼬리가 선택적으로 조절된다는 점은 세포 주기와 관련된 여러 질병을 이해하는 중요한 실마리가 될 것이다.

▲ 세포 주기 모식도

▲ 세포 주기에서의 아데닌 꼬리 길이 조절과 번역의 상관관계

▲ 전령RNA의 아데닌 꼬리 길이와 번역 효율 관계 그래프

본 연구결과는 분자 생물학 분야 세계적 학술지인 ‘몰레큘러 셀(Molecular Cell, IF 14.018)’ 온라인판에 5월 5일 ‘특별 논문(Featured Article)’으로 선정되어 게재됐다.