바이오인

핵심내용

- 세포분열 조절의 새로운 기전 최초로 발견 -

□ 미래창조과학부(장관 최양희)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 IBS(기초과학연구원, 원장 김두철)의 RNA연구단(단장 김빛내리) 연구팀이 이중가닥 RNA*가 RNA 결합 단백질**(PKR, Protein Kinase R, 인산화 효소R)1)을 통해 인간 체세포분열을 조절한다는 새로운 기능을 밝혀냈다.

* 이중가닥 RNA: 상보적인 서열을 통해 결합되어 있는 RNA

** RNA 결합 단백질: RNA서열 또는 구조를 인지하여 상호작용하는 단백질

o 세포분열은 모든 세포성장의 핵심 현상이며 세포분열이 어떻게 조절되는지에 따라 세포의 운명이 결정되므로 이를 밝히는 것은 매우 중요하다.

o 연구진은 체세포분열이 일어날 때 이중가닥 RNA가 바이러스 감염시 면역반응을 일으키는 효소로 알려진 PKR을 체세포 분열 중기에 활성화시키는 것을 최초로 발견했다.

※ 체세포분열은 세포가 자라는 간기와 세포가 두 개로 분열하는 중기로 구분함

o 이는 PKR의 활성화를 억제하면 중기 체세포분열 인자들의 발현방식이 바뀌고, 중기 진행이 느려지며 세포분열에 문제가 생김을 의미한다.

o 연구진은 체세포분열 결함은 암세포 초기발달의 특징 중 하나이기 때문에 이중가닥 RNA를 통한 PKR 활성화 조절이 암세포 생성 과정에 대한 이해와 억제 원리를 규명하는데 중요한 단초를 제공할 것으로 보고 있다.

□ 이번 연구 성과는 셀(Cell)의 자매지로 알려진 셀 리포트誌*2)(Cell Reports, IF 7.207)에 11월 6일자로 게재될 예정이다.(온라인 10.23)

o 연구팀은 앞서 생명공학분야 세계적 권위지인 진스 앤드 디벨롭먼트**3)(Genes & Development, IF 12.639)에 관련 논문을 발표(6.15)한 바 있고 이번 연구는 그 후속 성과다.

* (논문제목) 인간 tarbp2 유전자를 제거하여 TRBP 단백질의 세포내 마이크로 RNA 타깃과 세포주기에서의 기능을 밝힘(Deletion of Human tarbp2 Reveals Cellular MicroRNA Targets and Cell-Cycle Function of TRBP, Cell Reports, 11.6)

(제1저자) 김유식 IBS RNA연구단 박사, 여진아 박사과정생,
이정현 서울대학교 생명과학부 박사

(교신저자) 김빛내리 IBS RNA연구단 단장(서울대학교 생명과학부 교수)

** (논문제목) PKR은 체세포분열 중기 동안 세포 내 이중가닥 RNA에 의해 활성화되고 체세포 분열의 조절자로 기능함(PKR is activated by cellular dsRNAs during mitosis and acts as a mitotic regulator, Genes & Development, 6.15)

(제1저자) 김유식 IBS RNA연구단 박사

(교신저자) 김빛내리 IBS RNA연구단 단장(서울대학교 생명과학부 교수)

□ 이중가닥 RNA와 PKR에 관한 이번 연구는 세포주기와 RNA의 역할에 대한 새로운 연구방향을 제시했다고 평가받고 있다.

o 연구팀은 PKR이 세포주기에서 조절되며 세포분열을 조절하는 인자로서 기능을 제시하고 이중가닥 RNA가 세포주기에서 신호전달 물질로써 기능한다는 사실을 밝혔다.

o 후속 연구를 통해 TRBP(TAR RNA Binding Protein)4) 단백질의 이미 알려진 기능 외에 PKR을 통한 세포주기를 제어하는 기능을 새롭게 발견했다.

□ 김빛내리 IBS RNA연구단장은 “이번 연구성과는 향후 면역반응을 일으키는 여러 유전자들의 기능 및 이중가닥 RNA의 세포 내 기능을 이해하는데 새로운 연구방향을 제시할 것이다.”라고 전했다.

상세내용

연 구 결 과 개 요➀

Deletion of Human tarbp2 Reveals Cellular MicroRNA Targets and Cell-Cycle Function of TRBP

Yoosik Kim, Jinah Yeo, Jung Hyun Lee, Jun Cho, Daekwan Seo, Jong-Seo Kim, and V. Narry Kim

(Cell Reports, in press)

TRBP는 microRNA5) 생합성과정에서 Dicer를 보조하는 역할과 바이러스 감염 상황에서 PKR을 억제하는 기능을 하는 단백질이다. 하지만 microRNA 생합성에서 TRBP의 기능은 논란이 많으며, 감염 상황이 아닌 체세포분열에서 PKR 조절에 있어 TRBP의 기능은 알려진 바가 없다.

본 연구진은 TRBP 유전자를 제거(Knockout)한 HeLa 세포주를 제작하여 TRBP가 없을 때 특정 microRNA들의 Dicer 절단 위치가 바뀌는 것을 발견했다. 하지만 Dicer의 안정성, microRNA의 양, Argonaute 로딩에는 영향이 없었다. 우리는 Dicer의 또 다른 보조인자인 PACT 유전자 제거 세포주와 TRBP/PACT 유전자가 모두 제거된 세포주를 제작하여, TRBP와 PACT가 기능적으로 서로 보충하지 않으며 TRBP만이 Dicer 절단에 기여하는 것을 확인했다.

본 연구진은 또한 TRBP가 체세포분열 중기에 과인산화되는 것을 발견했다. 중기는 세포내 이중가닥 RNA에 의해 PKR이 활성화되는 시기이다. 과인산화는 PKR에 대한 TRBP의 억제적 활성을 강력하게 함으로써 M/G1 전환시기에 PKR을 억제한다.

우리는 처음으로 인간 TRBP 유전자 제거 세포주를 제작하여 microRNA 생합성에서 TRBP의 기능을 명확하게 보였고, TRBP 인산화를 통한 PKR의 네거티브 피드백 조절을 밝혔다.

연 구 결 과 개 요➁

PKR is activated by cellular dsRNAs during mitosis and
acts as a mitotic regulator

Yoosik Kim, Jung Hyun Lee, Jong-Eun Park, Jun Cho, Hyerim Yi, and V. Narry Kim

(Genes & Development, 2014 28: 1310-1322)

이중가닥 RNA에 의해 인산화되는 단백질 PKR은 바이러스 감염 상황에서 면역반응을 일으키는 효소로 처음 발견되었다. 바이러스의 이중가닥 RNA와 결합하여 활성화된 PKR은 단백질 번역과 다양한 세포신호과정을 조절한다. 이러한 기능 때문에 PKR에 관한 연구는 다양한 종류의 바이러스 감염 상황이나 PKR이 활성화 되는 스트레스 상황에 집중되었다. 하지만 근래에 실행된 많은 연구들은 PKR이 기능이 면역반응뿐 아니라 암세포 억제에 중요하다는 실마리를 제시하였다.

본 연구진은 감염되지 않은 세포에서, 특히 체세포분열 중기 동안 PKR이 활성화 된다는 걸 발견하였다. 또한 PKR 활성화는 영장류에 흔히 존재하는 Alu 반복서열(IRAlus)에 의해 형성된 이중가닥 RNA를 필요로 한다. PKR과 IRAlu는 간기 세포에서는 세포질과 핵으로 각각 분리되어 있지만 핵막이 파괴되는 중기에서는 서로 결합하게 된다.

PKR은 인산화되면 전반적인 전령RNA 번역을 억제한고 세포신호인자들을 활성화시킴으로써 중기에 중요한 여러 단백질들의 양과 인산화를 조절한다. PKR의 활성화를 막으면 중기 인자들의 발현이 바뀌고 중기진행이 느려지며 세포질분열에 문제가 생긴다. 본 연구는 감염되지 않은 세포에서 체세포 분열 중기 동안에 작용하는 세포내 이중가닥 RNA와 PKR의 기능을 처음으로 밝혔다.

용 어 설 명

1. PKR(Protein Kinase R, 인산화 효소R)

○ PKR은 이중가닥 RNA에 의해 인산화되며 바이러스 감염 상황에서 면역반응을 일으키는 효소로 처음 발견되었다. 세포가 바이러스에 감염되면 PKR은 바이러스의 이중가닥 RNA와 결합하여 스스로를 인산화시키고, 인산화에 의해 활성화된 PKR은 전령RNA 번역과 다양한 세포신호전달과정을 조절한다.

2. 셀 리포트(Cell Reports)지

○ 분자생물학 연구 분야에서 최고의 권위를 인정받는 셀의 자매지로 피인용지수(Impact Factor)는 7.207이다.

3. 진스 앤드 디벨롭먼트(Genes & Development)지

○ 분자생물 및 발달학 연구 분야에서 최고의 권위를 인정받고 있으며 피인용지수(Impact Factor)는 12.639이다.

4. TRBP(TAR RNA Binding Protein)

○ TRBP는 HIV RNA의 TAR 요소에 결합함으로써 HIV의 발현을 조절하는 인자로 처음 발견되었다. TRBP의 대표적인 기능은 Dicer 효소와 결합하여 microRNA 생합성을 조절하는 것과 PKR과 결합하여 PKR의 활성화를 억제하는 것이다.

5. 마이크로RNA(microRNA)

○ microRNA는 약 22개 뉴클레오티드의 작은 RNA로써 전령RNA와 결합을 통해 전령RNA의 번역 및 단백질 발현을 조절한다. 동물세포에는 수백 종의 microRNA가 존재하며, 이들은 발생, 세포분화, 세포사멸, 세포분열, 암 발생 과정 등에서 다양하고도 핵심적인 역할을 한다.

연 구 결 과 문 답