20여 년 전부터 마이크로RNA에 대한 연구가 주목받고 있다. 마이크로RNA(이하 miRNA)는 21~23개 염기로 구성된 아주 작은 RNA로, 유전자의 발현을 조절한다는 사실이 밝혀졌기 때문이다. miRNA는 세포 활동에 질서를 부여하는 세포내 '경찰' 과 같다. 경찰이 역할을 제대로 수행하지 못하면 우리 사회가 위험에 빠지듯이, 마이크로RNA 생성과 작동에 이상이 생기면 우리 몸에는 암과 같은 질병이 발생한다.

지난 2003년, IBS RNA 연구단의 김빛내리 단장 연구팀은 miRNA 생성에 필수적인 효소로 드로셔(DROSHA) 단백질을 발견한 바 있다. 2016년 연구팀은 드로셔 단백질의 3차원 구조 규명에 주안점으로 두고, 드로셔가 miRNA 1차 전구체의 어느 부위를 인식해 절단하는지에 관한 패턴을 일반화하는데 성공했다.

이와 같이 드로셔의 일반적인 RNA 절단 패턴을 밝혔지만, 실제 인간 몸 세포에 존재하는 2,000여 개의 miRNA 각각에서 드로셔가 정확히 어느 위치를 절단하는지에 관한 정보는 부족했다. 또한, 드로셔가 miRNA 생성을 주도하는 역할 외에 어떠한 기능이 있는지도 불명확했다. 여기에는 실험법적 한계가 있는데, 자외선을 이용해 RNA 결합 단백질에 붙은 표적 RNA의 염기서열을 분석하는 클립시크(CLIP-seq) 실험법은 드로셔 단백질에는 적용되지 않았기 때문이다.

이에 따라 본 연구진은 자외선이 아닌 포름알데히드(formaldehyde)를 이용하는 방식인 f-클립시크(fCLIP-seq)로 실험법을 대체했다. 포름알데히드는 RNA와 드로셔의 결합 부위에 끼어 들어가 둘을 이어주는데, 이 상태에서 드로셔에 특이적으로 결합하는 항체를 처리하면, 항원-항체반응으로 드로셔만을 모아 드로셔에 붙어있는 RNA 산물을 염기서열 분석법으로 읽어낼 수 있다. 연구팀은 사람의 배아 신장 세포와 자궁경부암 세포 두 종류를 대상으로 f-클립시크를 적용, 수 백 개에 달하는 miRNA 전구체 상 드로셔 절단 위치를 찾는데 성공했다.

▲ [그림 1] f-클립시크(fCLIP-seq)실험법에서의 드로셔 절단 패턴과 절단 위치

본 실험에서 얻은 miRNA 데이터를 세계 최대의 miRNA 데이터베이스인 미르베이스(miRBase)와 비교한 결과, 드로셔가 만드는 miRNA 중 상당수가 불일치함을 확인했다. 미르베이스는 생성이 완료된 miRNA 만을 기준으로 하는데, 많은 miRNA가 생성되는 도중에 염기서열의 끝 부분에서 추가적인 변형이 일어나기 때문인 것으로 분석됐다. 또한, 동일한 miRNA 전구체라도 드로셔에 의해 각각 다른 부위가 절단돼 여러 종류의 miRNA(이성체)가 만들어질 수 있는데, 극소수의 miRNA에서만 이러한 현상이 보고됐던 것과 달리 이번 연구를 통해 실제로는 다수의 miRNA에서 일어난다는 사실을 증명했다.

▲ [그림 2] 드로셔의 miRNA 절단 정보 수집으로 새롭게 발견한 드로셔와 miRNA 특성

또한, 연구진은 드로셔가 miRNA 전구체 외에 수십 종의 다른 RNA 종류도 자르는 것을 확인했다. 드로셔 절단 위치를 모르는 다른 RNA들에 드로셔의 miRNA 절단 위치 패턴을 적용하는 방식을 활용했는데, 이는 RNA구조나 발현량 변화에 의존해 RNA를 탐색하던 기존 방법에 비해 훨씬 정밀한 방법이다. miRNA 외에도 드로셔에 의해 기능이 조절되는 RNA들을 새롭게 찾아냄으로써 드로셔 역할에 대한 이해의 폭을 확장한 것이다.

드로셔는 RNA를 잘라 신경 발생이나 골수 형성 과정을 조절할 뿐만 아니라 바이러스의 증식을 억제하는 기능도 있는 것으로 보고돼 왔다. 김빛내리 단장은 "이번 연구는 드로셔가 결합하는 RNA를 정확히 찾아낼 수 있는 연구 방법을 제공함으로써, 생물학적으로 중요한 여러 현상들에서 드로셔의 기능을 규명할 길을 열 것으로 기대된다."고 말했다. 향후 연구진은 본 연구대상 외의 다른 인체 세포에서도 드로셔에 의해 만들어지는 miRNA 정보를 밝혀나갈 계획이다.

본 연구결과는 셀(Cell)의 자매지인 몰레큘러 셀(Molecular Cell, IF=13.958)에 미국동부시간으로 4월 20일자에 게재됐다.

대외협력실 김주연