통계청의 자료에 따르면, 암은 몇 년째 한국인의 주요 사망 원인 중 부동의 1위를 차지하고 있으며, 환자 수도 해마다 꾸준히 늘어가고 있다. 각종 암 발병률이 높아짐에 따라 현대인의 암에 대한 관심도 늘어나고 있다. 암은 왜 발병하는 것일까. 스트레스와 불규칙한 생활습관, 가족 유전 등 수많은 원인을 찾을 수 있겠지만, 세포 수준에서 암의 발생은 세포 주기와 밀접한 관련이 있다.

우리 몸은 수 십 조에 달하는 세포들로 구성되어 있다. 세포들은 지금 이 순간에도 활발하게 분열하고 생장하며 우리 생명을 지탱하고 있다. 손톱이 계속해서 자라는 것도, 상처 부위가 시간이 지나면 아무는 것도 세포가 계속해서 자신들을 복제해 분열을 거듭하기 때문에 가능한 일이다. 그러나 세포가 무분별하게 분열하여 그 수가 지나치게 증가하면 암 발생의 주요 원인이 된다. 때문에 하나의 세포가 두 개의 세포로 분열해 가는 일련의 과정인 세포 주기가 어떻게 조절되는지는 매우 중요한 연구과제다.

세포 주기는 이를 조절하는 유전자가 얼마나 단백질로 발현되느냐에 따라 조절된다. 때문에 단백질로 번역되기 이전의 RNA 수준에서 연구가 필요하다. 특히 전령 RNA의 아데닌 꼬리 부위는 번역 효율에 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있어, 세포 주기 연구의 중요한 단초가 될 수 있다. 그러나 기존의 세포 주기 연구는 주로 단백질의 번역 후 조절 과정에 집중되어왔다. 또한, 아데닌꼬리 길이가 단백질 합성에 미치는 영향력이 존재하는지를 두고, 연구결과들이 엇갈리며 학계에서 의견이 분분한 실정이었다.

이에 따라 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) RNA 연구단 김빛내리 단장 연구팀은 기존 연구들이 여러 세포 주기에 해당하는 세포들을 분류하지 않고 실험한 데 주목, 세포 주기별로 세포를 분류해 정확한 RNA 정량법으로 아데닌꼬리 길이와 단백질 번역 사이의 상관관계를 밝혔다. 연구진은 꼬리서열 분석법(TAIL-seq)과 리보솜 프로파일링(ribosome profiling)기술을 이용하여 전체 유전자 중 아데닌 꼬리 길이가 조절되는 유전자들을 규명했다.

연구진은 세포 주기에 관여하는 유전자에 해당하는 전령 RNA의 아데닌 꼬리 길이가 통상 60~70 뉴클레오티드에서 분열기에 선택적으로 20 뉴클레오티드 이하로 짧아지고, 이에 따라 해당 유전자의 번역이 감소한다는 사실을 확인했다. 즉, 세포 주기를 조절하는 유전자가, 마치 스위치가 꺼지듯 전령 RNA 아데닌꼬리가 짧아져 번역이 감소되어야, 세포분열을 마무리한 후 다음 세포 주기로 넘어갈 수 있는 것으로 추정된다. 세포 주기를 조절하는 핵심 유전자들은 선택적으로 아데닌 꼬리의 길이가 조절돼, 번역이 조절되고, 결과적으로 세포 주기가 정상적으로 진행될 수 있는 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.

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

▲ 세포 주기 모식도

▲ 세포 주기에서의 아데닌 꼬리 길이 조절과 번역의 상관관계