전령 RNA¹⁾는 DNA 유전자 정보를 번역해 단백질 합성에 관여한다. 전령 RNA 말단에 존재하는 아데닌꼬리²⁾의 길이는 RNA의 안정성과 단백질로의 번역 효율에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 특히 아데닌꼬리 길이는 진화발생학적으로도 중요한 의미를 갖는다. 동물의 난모세포³⁾나 초기 배아⁴⁾에서 세포 발달에 필요한 유전 정보는 대부분 모계 전령 RNA를 통해 단백질로 번역되기 때문이다. 따라서 이 시기 전령 RNA 아데닌꼬리의 길이는 생명의 시작점인 초기 배아에 필요한 단백질 생산과 관련해 중요한 의미를 가질 것으로 추정돼왔다.

그러나 난모세포와 초기 배아는 충분한 시료 확보가 어려워, 그 전령 RNA의 연구는 극히 제한적으로 이뤄져 왔다. 2014년 개발된 '꼬리서열분석법(TAIL-seq)'⁵⁾은 전체 유전자 수준에서 전령 RNA의 아데닌꼬리를 분석할 길을 열었으나, 극소량의 난모세포·초기배아 시료로 전령RNA 아데닌꼬리를 연구하는 데는 여전히 큰 한계가 있었다.

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) RNA 연구단 김빛내리 단장 연구진은 2014년 자체 개발한 꼬리서열분석법을 전령 RNA에 특화시킨 ‘전령 RNA 꼬리서열분석법(mTAIL-seq)’을 새롭게 개발했다. 연구진은 시료 속 다양한 RNA 중 아데닌꼬리를 가진 전령 RNA만을 모아주는 새로운 기법을 활용, 전령 RNA에 대한 민감도를 약 1천 배나 높일 수 있었다. 이를 통해 극소량의 난모세포‧초기 배아 시료로도 수천 개 유전자의 아데닌꼬리 길이를 정확하게 측정, 본격적으로 연구할 수 있는 길을 열었다.

연구진은 실제로 전령 RNA 꼬리서열분석법으로 초파리의 난모세포와 초기 배아의 연구를 진행, 난모세포가 성숙기에 대다수 전령RNA의 아데닌꼬리 길이를 늘이는 현상을 처음으로 관찰했다. 이 과정에 다중 아데닐 중합효소인 위스피⁶⁾(Wispy)가 작용, 전령 RNA에 다수의 아데닌을 중합해 아데닌 꼬리의 길이를 조절하는 것을 확인했다.

또한, 전령 RNA 아데닌꼬리 길이의 변화가 단백질 합성 효율에 미치는 영향을 규명하고자 전령 RNA 꼬리서열분석법과 리보솜 프로파일링(ribosome profiling)⁷⁾ 기술로 초기 배아로의 모든 발생 단계에서 유전자 번역 효율을 비교 분석했다. 그 결과, 실제로 아데닌꼬리가 길수록 단백질 번역 효율이 높아짐을 확인했다. 즉 초파리 난모세포가 수정 후 초기 배아 발생에 필요한 단백질들을 선택적·효율적으로 생산하기 위해 아데닌꼬리 길이를 조절함으로써, 각 유전자의 단백질 번역 효율을 제어한다는 사실을 처음으로 규명한 것이다.

새롭게 개발한 전령 RNA 꼬리서열분석법은 기존보다 훨씬 높은 민감도로, 생명의 시작단계인 동물 난모세포나 초기 배아에서의 전령 RNA 연구에 새로운 돌파구를 제시하게 됐다. 전령 RNA 꼬리서열분석법은 향후 다양한 동물들의 난모세포·초기 배아를 활용한 전령 RNA 비교 연구에 적용돼 여러 생물 종간 진화적 발달 차이를 밝히는 등, RNA의 생성과 소멸, 단백질 생산 연구에 유용한 도구로 널리 사용될 것으로 기대된다.

본 연구결과는 발생 생물학 분야 세계적 학술지인 진스 앤 디벨롭먼트(Genes & Development, If 10.042)⁸⁾ 온라인 판에 미국 동부 시간으로 지난 7월 21일 게재됐다.

▲ 전령RNA 꼬리서열분석법 (mTAIL-seq)

▲ 난모세포와 초기 배아에서의 아데닌꼬리 길이 조절