도로가 사고로 막히면 차량은 속도를 늦추고 멈춰 서거나 간격을 벌리며 위험을 피한다. 이후 상황이 정리되면 다시 이동을 시작한다. 이처럼 세포 속 DNA도 복사 과정에서 문제가 생기면 속도를 늦추거나 잠시 멈출 뿐 아니라, 일부는 한 발 물러나듯 구조를 바꿔 시간을 확보한 뒤 손상을 복구한다.

기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 김영덕) 유전체 항상성 연구단(단장 명경재) 연구팀은 세포가 위기 상황에 대응하는 과정에서 ‘HELQ’라는 단백질이 DNA 구조를 일시적으로 바꿔 복사를 잠시 멈추고, 손상을 복구할 시간을 확보하는 역할을 한다는 사실을 밝혔다.

우리 몸의 세포는 분열 과정에서 DNA를 복사하는데, 이 과정이 중단되거나 지연되면 돌연변이, 염색체 손상, 나아가 세포 사멸로 이어질 수 있다. 연구팀은 이러한 위기 상황에서 HELQ의 역할을 다양한 실험을 통해 관찰했다.

우선 DNA 손상 시, 세포 내 DNA 복사 속도를 측정하여 정상 세포에서는 복사 속도가 일시적으로 느려졌지만 HELQ가 없는 세포에서는 속도 변화가 충분히 나타나지 않는다는 사실을 확인했다.

이어, 연구진은 전자현미경을 이용해 DNA 구조를 직접 관찰했다. 그 결과, 정상 세포에서는 손상 시 DNA가 잠시 뒤로 물러나 형태를 바꾸는 모습이 관찰된 반면, HELQ가 없는 세포에서는 구조 변화가 현저히 적게 발생하는 것으로 나타났다. 또한, HELQ가 없는 세포는 손상된 DNA를 안정적으로 처리하는 능력도 떨어지는 것으로 확인됐다. 이러한 결과는 HELQ가 단순히 손상에 반응하는 수준을 넘어, DNA 구조 변화를 유도하며 복사 과정의 속도와 안정성을 조절하는 핵심 역할을 한다는 것을 보여준다.

나아가, 연구팀은 DNA 복구를 돕는 다른 단백질의 기능이 약해진 조건에서 HELQ의 역할을 추가로 살펴봤다. 이를 위해 HELQ가 있는 경우와 없는 경우를 비교한 결과, HELQ가 없을 때 DNA 손상이 제대로 처리되지 않는 모습이 더 뚜렷하게 나타났다. 이는 HELQ가 혼자 작동하기보다 다른 복구 단백질들과 함께 협력해 손상 대응 과정에 관여한다는 점을 보여준다. 특히 전체 복구 능력이 떨어진 상황일수록 HELQ의 중요성이 더욱 커지는 것으로 확인됐으며, 이는 HELQ가 DNA 손상 대응을 보조하는 역할을 넘어 전체적인 DNA 복구 과정을 조율하는 역할을 한다는 것을 보여준다.

교신저자 다카타 케이치(Kei-ichi Takata) 연구위원은 “이번 연구는 암 연구의 관점에서도 의미가 크다. 세포가 항암제에 의해 생긴 DNA 손상을 어떻게 견디고 복구하는지를 이해하는데 중요한 단서를 제공한다.”라며, “특히 HELQ 단백질의 역할을 밝힘으로써 암세포가 약물에 저항하는 과정을 설명하는데 도움될 수 있으며, 향후 이러한 DNA 복구 과정을 정밀하게 조절할 수 있는 지점을 찾아 항암 효과를 높이는 새로운 치료 전략으로 이어질 것을 기대한다.”라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 Nucleic Acids Research에 4월 29일(KST) 온라인 게재되었다.

그림 설명

[그림1] DNA가 손상되었을 때, HELQ가 복제 속도를 늦추고 방향을 바꾸도록 돕는 모습을 보여주는 그림
HELQ가 없는 세포에서는 DNA를 손상시키는 약물(MMC)을 처리해도, 정상적으로 나타나야 할 복제 속도 감소와 방향 전환이 잘 일어나지 않고 그 결과, 손상을 복구하기 위한 구조 변화(포크 역행)도 줄어드는 것을 확인

[그림 2] HELQ 기능을 설명하는 모식도
단일가닥 DNA 결합 단백질(RPA, Replication Protein A)로 코팅된 DNA 손상 부분에 HELQ가 작용한 결과, 복제 진행 방향이 뒤로 바뀌는 과정(포크 모양의 복제 진행 방향이 역행)을 보여주는 그림