국가과학자 서울대 김빛내리 교수, 마이크로RNA 생성 효소 다이서의 작용

 기전 밝혀

- Nature誌 발표,“마이크로 RNA를 응용한 유전자 조절의 이론적 토대 마련”-

□ 서울대학교 생명과학부 김빛내리 교수 연구팀이 마이크로RNA*를 생성하는 효소인 다이서(Dicer*)의 작용 기전을 밝혔다. 김 교수팀은 Dicer 단백질이 기존에 알려진 것과 다른 방식으로 마이크로RNA를 인지하여 생성한다는 사실을 밝혀냄으로써, 마이크로RNA 생성 과정에 대한 이해를 한 단계 높였다. 또한, 마이크로RNA 기작을 응용하여 세포 내에서 유전자 발현을 조절하는 RNA 간섭 기술의 이론적 토대를 제공하였다.

 ○ 서울대 김빛내리 교수의 지도 하에, △박종은 박사과정생 △허인하 박사 △장혜식 박사과정생 △지인환 연구원 등이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 리더연구자지원사업 중 ‘국가과학자 지원사업’과 ‘창의적연구 지원사업'을 통해 수행되었으며, 연구 결과는 세계 최고의 권위 있는 과학저널인 ’네이처(Nature)‘ 誌 7월 14일(목) 자에 게재된다.

□ 마이크로RNA는 세포 내에서 다양한 유전자를 조절함으로써 세포의 분열, 분화, 성장 및 사멸 등 모든 생명 현상에 관여하는 것으로 알려졌다. 따라서 마이크로RNA가 정확하게 생성되지 않으면, 세포의 정상적인 기능이 유지되지 않고, 암과 같은 질병이 발생할 수 있다. 

 ○ 김빛내리 교수 연구팀은 마이크로RNA의 전구체*가 Dicer 단백질에 의해 어떻게 선별적으로 인지되어 올바른 형태로 만들어지는지를 밝혔다.

 ○ 마이크로RNA 전구체는 머리핀과 유사한 꼬임 구조의 RNA이다. Dicer 단백질은 이 전구체의 말단을 인지하여 그 말단에서부터 일정한 길이를 측정하고 이를 절단하여 정확한 길이의 마이크로 RNA를 생성한다.

 ○ 기존의 연구에서는 마이크로RNA 전구체의 3‘ 말단이 Dicer에 의한 인지에 기능을 한다고 보고되었다. 하지만 이번 김 교수팀의 연구를 통해 마이크로RNA 전구체의 5’ 말단1)이 중요하고, 특히 5' 말단의 인산기가 Dicer에 의해 인지된다는 사실을 최초로 보고 하였다.

 ○ 김 교수팀은 Dicer 단백질에서 마이크로RNA 전구체의 5‘ 말단을 인지하는 부위를 망가뜨렸을 경우에, 마이크로RNA의 양이 줄어들 뿐만 아니라 잘못된 형태의 마이크로RNA가 만들어지는 것을 확인하였다.

 ○ 이와 같은 연구를 통해 Dicer 단백질이 마이크로RNA 전구체의 5’ 말단을 인지함으로써 효과적이고 정교하게 마이크로RNA를 생성한다는 것을 증명하였다.

 1) 3‘ 말단과 5’ 말단이란 RNA 사슬 구조의 뒤 쪽 끝 (3‘ 말단)과 앞 쪽 끝 (5’ 말단)을 의미한다.
 2) 인산기란 인산과 산소로 이루어진 구조로써 마이크로RNA 전구체의 5‘ 말단에 위치한다. 

□ RNA 간섭 기술은 마이크로RNA를 모방한 RNA를 세포 내에 주입함으로써, 세포의 유전자를 조절할 수 있는 획기적 기술이다.

 ○ RNA 간섭 기술은 손쉽게 유전자의 발현을 제어할 수 있기 때문에, 유전자 연구 분야와 유전자 치료 분야에 광범위하게 응용되고 있다. RNA간섭에 이용되는 RNA도 마이크로RNA 전구체와 마찬가지로 Dicer에 의해 프로세싱 되어야 하므로 Dicer에 대한 이해는 RNA 간섭 기술의 발전을 위해 매우 중요하다.

 ○ 김 교수팀은 본 연구를 통해 Dicer가 RNA를 어떻게 인지하는지를 밝힘으로써, 효율적이고 정교한 RNA 간섭 현상을 위한 RNA 설계에 이론적 토대를 마련하였다.  

□ 김 교수는 “이번 연구를 통해 세포 내 다양한 RNA 가운데 특정 RNA가 선택되어 마이크로RNA로 만들어지는 과정에 대한 해답을 제시하였다. 이는 마이크로RNA 기작을 응용한 RNA 간섭 기술을 개발하는 데 이론적 토대를 제시하여, 향후 RNA 간섭 기술을 이용한 유전자 연구나 치료 등에 큰 도움이 될 것으로 예상한다.”고 연구 의의를 밝혔다.

용   어   설   명

1. 마이크로RNA(microRNA 혹은 miRNA)

 ○ 마이크로RNA는 21~23개의 염기로 구성된 아주 작은 RNA이다. DNA에서 RNA로 전사된 이후 여러 단계의 프로세싱 과정을 거쳐 완성되며, 단백질로 번역되지 않고 RNA상태로 세포 내에 존재한다. 마이크로RNA는 다른 유전자를 조절하는 역할을 하는데 상보적인 메신저RNA(mRNA)에 결합하여 메신저RNA를 억제함으로써, 단백질 생성을 방해한다. 인간에는 200종 이상의 마이크로RNA가 존재하며, 각각이 다양한 메신저RNA들의 발현을 조절함으로써 생물체의 발생과 성장, 노화, 사멸 등 대부분의 생명 현상에 관여한다. 

2.  Dicer*

 ○ 마이크로RNA 전구체를 절단하여 성숙한 마이크로RNA를 만드는 효소이다.

3.  마이크로RNA 전구체 (혹은 pre-microRNA)*

 ○ 마이크로RNA 전구체는 마이크로RNA 초기 전사체 (pri-microRNA)가 드로셔 단백질에 의해 잘림으로써 생성된다. 한 가닥의 RNA로 이루어진 머리핀 모양의 구조로 되어 있다. 구조가 Dicer에 의해 정확한 크기로 잘려서 최종적으로 기능하는 마이크로RNA가 된다.

4.  마이크로RNA 전구체의 3‘말단, 5’말단 및 인산기

 ○ 4가지 종류의 RNA가 화학 반응에 의해 일렬로 연결되어서 RNA 사슬 구조가 형성된다. 화학 반응의 성질에 의해서 RNA 사슬 구조의 양 끝은 다른 구조를 나타내는데 앞 부분을 5‘ 말단, 뒷 부분을 3’ 말단이라고 부른다. (참고: 그림1)

    마이크로RNA 전구체는 한 가닥의 RNA 사슬 구조가 머리핀 모양으로 꼬인 형태로 사슬 구조의 앞쪽 끝이 5‘ 말단, 뒤쪽 끝이 3’ 말단이다. (참고: 그림2)

    마이크로RNA 전구체는 만들어질 때, 5‘ 말단에 인산과 산소로 이루어진 인산기를 갖게 된다. 이 인산기가 Dicer 단백질에 의해 인식이 된다는 것을 이번 연구에서 밝혔다.