바이오인

 

□ 미래창조과학부(장관 최문기)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 IBS(기초과학연구원, 원장 직무대행 신희섭)의 RNA연구단(단장 김빛내리)이 꼬리서열분석법(TAIL-seq)이라고 부르는 새로운 염기서열 분석법을 개발해 모든 생명활동의 핵심 물질인 전령RNA*의 뒤쪽 끝부분에 존재하는 염기의 종류와 그 길이를 밝혀냈다.

 

* DNA에 보관되어 있는 유전 정보를 단백질로 전달하는 매개체로 모든 생명 활동에 핵심인 물질

 

o 연구진이 개발해 낸 이 분석법은 전령RNA의 운명을 결정하는 요소인 긴 아데닌 꼬리**를 마치 책 읽듯 문자로 해독하여 분석하는 기술로서, 기존 방법들에 비해 광범위하면서도 정확한 정보를 제공함으로써, 향후 생명체의 유7전자 조절 원리를 이해하는 데 필수적인 연구 도구로 각광받을 전망이다.

** 전령RNA 뒤쪽 꼬리에 존재하는 염기서열로 전령RNA를 보호하는 역할과 단백질 합성을 촉진하는 역할을 하는 것으로 알려짐

 

□ 이번 연구 결과는 3월 20일(목)자로 발간되는 셀(Cell)의 자매지인 몰리큘러 셀(Molecular Cell, IF 15.28) 표지논문으로 게재될 예정이다.

* (논문제목) TAIL-seq: Genome-wide Determination of Poly(A) Tail Length and 3′ End Modifications

* (제1저자) IBS RNA연구단 장혜식 박사, 임재철 박사과정생(서울대 생명과학부)

* (교신저자) IBS RNA연구단 김빛내리 단장(서울대 생명과학부 교수)

 

□ 전령RNA는 DNA에 보관되어 있는 유전정보를 단백질로 전달하는 핵심 매개체이다. DNA를 복제하여 RNA를 만들어 내면, 머리부분에 모자(cap)가 붙고, 꼬리 끝에 아데닌 꼬리(poly[A] tail)가 길게 붙어서 성숙한 전령RNA가 된다. 연구진은 DNA 서열을 대량으로 분석할 수 있는 차세대 염기서열분석*(Next Generation Sequencing) 방법을 활용하여 기존의 연구 방법으로는 알 수 없었던 아데닌 꼬리 길이를 정확하게 측정하는데 성공했고, 아데닌 꼬리 이외에 추가로 존재하는 염기서열을 발견했다고 밝혔다. 이번에 새롭게 발견된 꼬리 부분 염기서열의 변형을 통해 향후 유전자 조절을 이해하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

 

o 전령RNA는 모든 생명 활동에 핵심이 되는 물질로 전령RNA가 어떻게 변형되는 지에 따라 세포의 운명이 바뀔 수 있기 때문에 전령RNA에 발생하는 변형의 종류와 길이를 밝히는 것은 매우 중요하다.

 

o 그러나 기존의 서열분석장치로는 아데닌 꼬리 길이를 정확히 측정하지 못했기 때문에 세계 여러 연구그룹들이 고전하고 있었다. 이에 연구진은 장치에서 나오는 형광신호를 기계학습법으로 직접 분석하여 아데닌 꼬리의 길이를 재는 방법을 개발해 성공적으로 대량의 꼬리 길이를 잴 수 있었다고 밝혔다.

 

o 특히 전령RNA의 아데닌 꼬리는 수정 직후 배아 발생 과정에서 엄마의 RNA가 없어지며 아기의 RNA로 교체되는 과정 및 신경세포의 신속한 단백질 생산, 세포 분열 과정을 통한 증식 등에서 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

 

o 꼬리서열분석법을 다양한 세포나 조직에 적용할 경우, 기존의 연구방법으로는 알 수 없었던 생명 현상을 해석할 수 있기 때문에 세계의 유수 연구자들로부터 각광받고 있는 연구로 급부상하고 있다.

 

□ 연구진은 RNA와 단백질의 생산이 배아발생, 바이러스 감염, 신경전달 등 모든 생명현상에 핵심적인 역할을 하기 때문에 이번에 개발된 꼬리서열분석법은 기존에 파악하기 힘들었던 생명 현상을 해석하는데 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

 

 

전령RNA의 3′말단은 유전자 조절에 중요함에도 불구하고 포괄적 연구가 불가능했다. 긴 아데닌 꼬리는 같은 염기가 길게 연속되어 깨끗한 신호를 얻기가 어렵고, 개별적인 전령RNA의 양도 상대적으로 적기 때문에 여러 기술적 난관이 있었다. 우리는 전령RNA 분자 각각의 3′말단 서열을 정확히 읽는 꼬리서열분석법(TAIL-seq)라고 이름 지은 새로운 기술을 개발했다. 꼬리서열분석법은 유전체 전체 수준에서 긴 아데닌 꼬리를 정확히 잴 수 있도록 하는 기술이다.

 

새로운 방법을 인간 자궁경부암세포주와 생쥐 섬유아세포에 적용하여 아데닌 꼬리를 측정한 결과, 기존에 알려졌던 전반적인 길이에 비해 1/3 밖에 되지 않는다는 사실이 밝혀졌다. 아데닌 꼬리 길이는 전령RNA의 분해속도와 연관성이 있었으며, 학계의 정설과 단백질 번역효율과는 관계가 없었다. 또한, 전령RNA의 3′말단에 다수의 아데닌만 분포하는 것이 아니라 유리딘화와 구아닌화가 광범위하게 일어나는 것이 관찰되었다. 유리딘화는 주로 짧은 아데닌 꼬리에서 많이 보이는 반면, 구아닌화는 긴 아데닌 꼬리에서 관찰되어 전령RNA가 얼마나 안정한지를 결정하는 요인이 될 수 있을 것으로 예상된다.

 

꼬리서열분석법은 RNA의 생성/소멸과 단백질 생산을 연구하는 데 중요한 도구로 사용될 것이다. 배아발생, 암, 신경전달 등 모든 생명현상에 RNA와 단백질의 생산이 핵심적인 역할을 하기 때문에 RNA의 꼬리를 잡는 연구는 다양한 질병의 원인을 잡는 데에도 실마리를 제공할 수 있을 것이다.

 

○ 분자생물학 연구 분야에서 최고의 권위를 인정받는 저널로 피인용지수 (Impact Factor)는 15.280이다.

 

○ 전령RNA는 DNA에 보관되어 있는 유전 정보를 단백질로 전달해주는 매개체로, 모든 생명 활동에 핵심인 물질이다. 전령RNA는 염기서열로 암호화 되어 있는 유전 정보를 포함하고 있으며 조절 및 보호를 위해 성숙 과정 중에 뒤쪽 말단에 긴 아데닌 꼬리를 가진다.

 

○ DNA 서열을 대량으로 분석할 수 있도록 개발된 분석기계. RNA도 분석할 수 있어서, 기존에 불가능했던 대단위 RNA 연구에서 최근 필수적으로 사용되고 있다.

 

○ 전령RNA 뒤쪽 꼬리에 존재하는 염기서열로, 전령RNA를 보호하는 역할과 단백질 합성을 촉진하는 역할을 한다고 알려져 왔다. 핵에서 전사된 전령RNA는 성숙과정 중에 약 200개의 아데닌이 붙으면서 세포질로 방출되어 기능한다고 알려져 있다.

 

꼬리서열분석법(TAIL-seq)은 세포 내 RNA의 3‘ 꼬리의 다양성을 대규모로 관찰하는 새로운 기술이다. 표지 사진은 표범카멜레온의 꼬리이다. 표범카멜레온은 지리적 환경에 따라 매우 다양한 패턴의 꼬리 문양을 가지며, 수컷끼리 영역다툼이 있을 때 색깔이 급격히 바뀌어 상대를 위협하며, 도망갈 때는 어둡고 점잖은 색깔로 바뀐다. 전령RNA도 세포 안에서의 위치와 상황에 따라서 다양한 서열과 길이 변화로 운명을 변화시킨다. 꼬리서열분석법은 이런 전령RNA의 특성을 대규모로 사진 찍듯 분석할 수 있는 기술이다.

 

 

RNA의 운명 조절에 대한 연구에서 긴 아데닌 꼬리의 길이와 끝 서열은 중요하고 기초적인 정보다. 꼬리서열분석법에서는 RNA의 꼬리(3‘말단)에 추후 분석에 활용하기 위한 어댑터를 붙이고, 편향성을 줄이고 분석을 쉽게 하기 위해 RNA 몸통을 임의로 절단한 뒤, 새로 생긴 머리(5’말단)에 어댑터를 추가로 붙인다. 그 이후 차세대서열분석기에서 정방향(머리부터 순서대로 읽는 방법)과 역방향(꼬리부터 순서대로 읽는 방법) 각각을 분석한다. 서열분석기에 주는 서열은 꼬리의 경우 긴 아데닌 꼬리의 반복적인 성질 때문에 정확하지 않아서, 본 연구진이 개발한 꼬리서열분석법에서는 서열분석 과정 도중 나오는 형광 신호를 기계학습법으로 분석하여 긴 아데닌 꼬리의 길이를 측정한다.