몸을 구성하는 세포는 DNA로부터 단백질을 만들기 위하여, 먼저 DNA의 유전정보를 담고 있는 전령RNA를 만들어 낸다. 전령RNA로 옮겨진 정보는 단백질로 번역될 때 사용된다. 전령RNA는 정상적인 기능을 하기 위해 성숙 과정을 거치는데, 그 과정 중 하나로 뒤쪽 말단에 긴 아데닌 꼬리를 갖게 된다. 아데닌 꼬리는 전령RNA의 기능과 보호에 필수적인 역할을 수행한다고 알려져 있다.

그러나 아데닌 꼬리의 변형과 그 기능은 아직 미지의 연구 영역이었다. 게다가 현재까지 연구자들은 아데닌 꼬리가 순수하게 아데닌으로만 구성됐다고 여겼다. 이에 따라 김빛내리 IBS RNA 연구단 연구진은 아데닌 꼬리에 아데닌이 아닌 다른 염기서열이 추가된 "혼합 꼬리"가 존재한다는 사실을 2014년 처음 발견하여 보고했다. 이후 4년간 연구 끝에, 본 연구진은 혼합 꼬리가 전령RNA의 분해를 막아 보호함으로써 유전자의 활성을 높이는 데 기여한다는 것을 발견해 혼합 꼬리의 생성 과정과 기능을 구체적으로 규명했다. 이번 성과는 사이언스(Science, IF 41.058)지 온라인 판에 7월 20일에 게재됐다.

연구진은 기존에 자체 개발했던 꼬리서열분석법을 활용해 아데닌 꼬리를 분자수준에서 대량으로 분석하였고, 그 결과 아데닌과 다른 염기서열을 포함한 혼합 꼬리를 발견했다. 혼합 꼬리는 RNA의 염기서열 중 하나인 아데닌을 포함하여, 다른 종류의 염기서열인 구아닌, 유라실, 사이토신도 포함하고 있다. 연구진은 사람의 자궁경부암세포주와 피부섬유아세포주에서 RNA 혼합 꼬리를 찾은 것에서 더 나아가 개구리(태아세포), 물고기(태아세포)에서도 혼합 꼬리를 확인하여 다양한 종에서 이 현상이 존재함을 보고했다. 여러 종에서 진화적으로 보존되어있다는 점은 꼬리 조절 메커니즘의 중요성을 시사한다.

전령RNA 분해는 전령RNA의 아데닌 꼬리가 제거됨으로써 시작하고, 탈아데닐화 효소가 그 아데닌 꼬리를 제거한다. 연구진은 혼합 꼬리가 순수한 아데닌 꼬리보다 탈아데닐화 과정을 상당히 늦출 수 있다는 사실을 확인했고, 이를 통해 전령RNA를 보호한다는 가설을 세웠다. 가설을 확인하기 위해 연구진은 세포 내에서 실험적으로 혼합 꼬리 효소(TENT4A와 TENT4B)들을 제거한 뒤, 전령RNA 양을 관찰하였다. 자궁경부암세포와 피부섬유아세포 내의 수많은 전령RNA 양을 관찰한 결과, 연구진은 혼합 꼬리 효소들이 없을 때 전령RNA에 혼합 꼬리가 없고 또한 전령RNA의 양이 줄어드는 것을 확인했다. 혼합 꼬리가 전령RNA의 분해를 막는다는 가설을 증명한 결과다.

▲ [그림] 전령 RNA 혼합 꼬리의 아데닌 꼬리 제거 과정 방해 모식도성숙한 전령RNA는 긴 아데닌 꼬리를 가지고 있는데, 이 꼬리는 전령RNA의 분해를 막고 정상적으로 기능하는데 도움을 준다. 긴 아데닌 꼬리가 탈아데닐화 효소에 의해 짧아지면서 전령RNA의 분해가 일어나게 되는데, 전령RNA에 붙은 혼합 꼬리는 아데닌 꼬리 제거 과정을 방해한다. 그 결과, 전령RNA의 분해가 억제되어 안정성이 높아지고 결론적으로 혼합 꼬리는 전령RNA의 생존에 기여하게 된다.

본 연구는 세계 최초로 전령RNA 꼬리의 특이적인 변형의 생성 과정을 밝히고, 그로 인해 탈아데닐화 효소(deadenylase)들의 기능이 저해되는 현상을 밝혔다. 이번 연구는 전령RNA 꼬리가 순수하게 아데닌으로만 이루어져 있다는 기존 학설을 반증하고 혼합 꼬리 생성 과정과 그 기능을 규명한 데 의의가 있다. 향후 유전자와 세포의 운명 조절 기작을 밝히는데 기여할 것이다. 혼합 꼬리는 전령RNA를 보호할 수 있기 때문에, RNA를 이용한 유전정보 전달 기술을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

IBS 커뮤니케이션팀
김주연