염색체 복제 및 손상 복구 과정의 종료에 관여하는 단백질의 핵심 작동원리가 밝혀졌다. 강석현 기초과학연구원(IBS) 유전체 항상성 연구단 연구위원 팀은 울산과학기술원(UNIST)과 공동 연구를 통해 염색체 복제가 종료되면 DNA와 결합했던 PCNA(증식성세포핵항원)가 ATAD5-RLC 단백질에 의해 분리되는 메커니즘을 분자 수준에서 규명했다.

▲ 염색체는 세포 분열 시 핵 안에 나타나는 막대 모양의 구조물이다. 염색체는 DNA(유전 물질)와 단백질로 이루어져 있다. (출처 : Kelsey Group)

염색체 복제는 생명체의 유지와 유전정보 전달을 위한 필수 대사과정이며, DNA 생성에 관여하는 단백질들이 DNA와 결합하면서 시작된다. 그중 고리 형태의 단백질인 PCNA는 바늘구멍에 실을 꿴 모양으로 DNA와 결합하여 염색체를 복제하고 손상된 염색체를 복구하는데 주도적인 역할을 한다.

▲ 염색체 복제 및 손상 복구 과정에서 증식성세포핵항원(PCNA)과 DNA의 결합 및 분리 메커니즘을 한눈에 파악할 수 있는 모식도.

염색체 복제 및 손상 복구 과정이 종료되면 PCNA는 DNA와 분리되어야 한다. 명경재 단장 연구팀은 이전 연구를 통해 이미 PCNA가 DNA에서 정상적으로 분리되지 않을 경우 오히려 염색체에 돌연변이를 일으키고, 암이 유발될 수 있음을 생쥐 모델 실험으로 밝힌 바 있다.

연구진은 ATAD5-RLC 단백질이 DNA와 PCNA의 분리에 관여할 것으로 예측하고, 이번 연구를 통해 그 원리를 제대로 밝히고자 하였다. PCNA와 DNA의 결합 및 분리를 추적할 수 있는 실험법과 실시간으로 결합 및 분리를 관찰할 수 있는 단분자 형광 이미징 실험법을 고안해냈다.

이를 통해 ATAD5-RLC 단백질이 PCNA의 닫힌 고리를 열어 DNA로부터 분리시킴으로써 염색체 복제를 종료시키는 생화학적 메커니즘을 규명하고, PCNA의 분리에 필요한 ATAD5-RLC의 구조적 특성을 알아냈다. 또한 ATAD5-RLC 단백질이 정상적인 염색체 복제 종료 뿐 아니라 염색체 손상에 의해 변형된 PCNA도 DNA로부터 분리시켜 염색체 손상 복구 종료에도 관여함을 밝혔다.

▲ 이번 연구를 이끈 강석현 IBS 유전체 항상성 연구단 연구위원(윗줄 왼쪽 세 번째)과 참여 연구진의 모습.

명경재 단장은 "증식성세포핵항원과 DNA의 결합 및 분리는 생명체의 필수 대사과정인 염색체 복제를 이해하기 위해 중요한 정보로, 이번 연구로 인해 생명의 근원을 이해하는 데 한 걸음 다가가게 됐다"며 "염색체 복제가 정확하게 종료되지 않으면 암과 같은 질환이 발생할 수 있는 만큼, 이번 연구가 유전 정보의 이상으로 발생하는 질환의 근본적인 원인을 규명하고 궁극적인 치료법을 개발하는 데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

연구결과는 국제학술지 네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 6월 3일자 온라인 판에 실렸다.

IBS 커뮤니케이션팀
박인혜