바이오인

핵심내용

-Cell 誌 발표, “줄기세포와 암세포의 제어기술 개발을 위한 새로운 이론적 토대 마련”-

 □ 서울대학교 생명과학부 김빛내리 교수팀이 마이크로RNA*가 만들어지는 과정에서 중요한 새로운 메커니즘을 발견하였다. 김 교수팀은 마이크로RNA가 생성되는 중간단계에서, 기존에 알려지지 않았던 새로운 RNA 변형이 일어난다는 것을 밝히고 이를 담당하는 효소들을 동정함으로써, 마이크로RNA의 생성과정에 대한 이해를 한 단계 높였다.

 ○ 김빛내리 교수의 주도 하에, 허인하 박사후연구원, 하민주 박사과정생, 임재철 석사과정생, 윤미정 박사후연구원 등이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 지원하는 리더연구자지원사업 중 '국가과학자 지원사업'을 통해 수행되었으며 연구 결과는 세계 최고의 권위 있는 과학저널인 '셀(Cell)지' 10월 11일(목)자 온라인판에 게재된다.

□ 마이크로RNA는 세포 내에서 다양한 유전자를 조절함으로써 세포의 분화, 성장 및 사멸 등 모든 생명 현상에 관여하는 것으로 알려져 있다. 따라서 마이크로RNA 생성 과정에 문제가 생겨 마이크로RNA의 양이 변화한다면, 암과 같은 질병이 발생할 수 있다.

□ 김 교수팀은 줄기세포 분화와 암 발생 억제에 중요한 마이크로RNA인 let-7*(렛쎄븐)의 생성에 중요한 새로운 작용 기작을 밝히고 이에 관여하는 세가지 효소들인 TUT7*(텃쎄븐), TUT4*(텃포), TUT2*(텃투) 단백질을 동정하였다.

 ○ 마이크로RNA가 드로셔 효소와 다이서 효소에 의해 차례로 잘려서 만들어진다는 것은 기존의 연구로 잘 알려져 있었다. 이번 연구에서는 기존의 두 단계 효소 작용 사이에 새로운 작용 기작이 있음을 밝혔다. let-7 을 포함하는 일부 마이크로RNA 들의 경우, 드로셔 효소에 의해 만들어진 마이크로RNA의 전구체가 말단 구조의 특성으로 인해 그 자체로는 이후 과정을 담당하는 다이서 효소에게 제대로 인지되지 못하고 따라서 생성 과정이 저해된다는 것을 알아냈다. 김 교수 팀은 TUT7, TUT4, 또는 TUT2 라는 효소 단백질이 이런 마이크로RNA의 전구체 말단에 한 뉴클레오티드(RNA를 구성하는 기본 단위)를 붙여주는 변형(모노유리딘화)을 한다는 사실을 밝혀 냈다. 이 변형이 일어나야 다이서 효소가 효과적으로 마이크로RNA의 전구체를 인지하여 마이크로RNA 생성 과정을 수행할 수 있다 (그림설명 참고).

 ○ 이러한 마이크로RNA의 전구체의 변형은 기존에 알려지지 않았던 새로운 RNA 변형 메커니즘으로 TUT7, TUT4, TUT2 효소 단백질들이 let-7을 포함하는 특정 마이크로RNA들의 전구체 말단을 특이적으로 인지하여 다이서에게 효율적으로 인지될 수 있도록 변형시켜 준다는 사실을 생화학적 방법으로 증명하였다.

□ 이번 연구는 줄기세포 분화와 암 발생 억제에 중요한 let-7 마이크로RNA의 생성 과정에 특이적으로 관여하는 TUT 단백질과 그 기작을 밝힘으로써, 향후 줄기세포를 이용한 각종 연구나 치료제 개발에 TUT 단백질들을 이용할 수 있을 것으로 보인다. 또한, TUT 단백질들을 직접 조작하거나 그들의 기능을 활성화하는 물질들을 발굴하여 항암제를 개발할 수 있는 가능성을 열었다.

상세내용

용   어   설   명

1. 마이크로RNA (microRNA 혹은 miRNA)
 ○ 마이크로RNA는 21~23 뉴클레오티드 정도 길이의 아주 작은 단일가닥 RNA이다. DNA에서 RNA로 전사된 이후 여러 단계의 프로세싱 과정을 거쳐 완성되며, 단백질로 번역되지 않고 RNA상태로 세포 내에 존재한다. 마이크로RNA는 주로 다른 유전자들의 발현을 조절하는 기능을 하는데, 자신의 염기 서열과 상보적인 메신저RNA(mRNA)에 결합하여 그 메신저RNA가 단백질로 만들어지는 과정을 억제한다. 인간에는 수백종류 이상의 마이크로RNA가 존재하며 각각이 발생, 성장, 노화, 사멸 등의 생명 현상에 관여한다. 

2. let-7 마이크로RNA
  ○ 초창기에 발견된 마이크로RNA 중 하나로 예쁜 꼬마선충 에서부터 인간까지 굉장히 잘 보존되어 있다. 줄기세포의 분화에 중요하다고 알려져 있다. 또 최근에 let-7 마이크로RNA가 여러 암 형성 유전자들의 발현을 억제함으로써 암의 형성을 막는다는 보고가 있었다.  

3. TUT7, TUT4, TUT2 단백질
 ○ RNA에 결합하여 RNA의 말단에 뉴클레오티드(RNA를 구성하는 기본 단위)를 붙이는 효소 단백질 들이다. 아직 그 기능이 잘 알려져 있지 않다.
 

 
그   림   설   명

    일반적인 miRNA 의 경우, 드로셔 효소에 의해 만들어진 마이크로RNA 전구체는 다이서 효소에 의해 한 번 더 잘려져서, 목적 유전자를 제어할 수 있는 성숙한 마이크로RNA 가 만들어진다 (왼쪽 경로). 그런데 대다수 let-7 마이크로RNA의 전구체의 경우에는, 전구체 말단 구조의 특성으로 인해 그 자체로는 이후 단계의 다이서 효소에 의해 제대로 인지되지 못하고 생성 과정이 저해된다. TUT7, TUT4, TUT2 효소 단백질들이 이러한 let-7 마이크로RNA 전구체의 말단을 인지하고 그 말단에 한 개의 유라실(U) 뉴클레오티드(RNA를 구성하는 기본 단위)를 붙여주는 변형 (모노유리딘화) 을 가하여 다이서에 의해 마이크로RNA가 잘 만들어질 수 있도록 도와준다 (오른쪽 경로).