장애물달리기 선수처럼 DNA 위를 폴짝폴짝 뛰어다니며 손상을 찾는 단백질의 이동 원리가 밝혀졌다. 신속하게 이동하며 손상을 파악하는 이 원리를 이용하면 암을 비롯한 다양한 유전질환의 치료법에 단서를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
UNIST 생명과학부 이자일 교수팀은 IBS 유전체항상성연구단 올란도 쉐러 교수팀(Orlando Schärer, UNIST 특훈교수)과의 공동 연구를 통해 ‘XPC-RAD23B’ 단백질의 움직임을 관찰하는 데 성공했다.
XPC-RAD23B 단백질은 우리 몸속에서 DNA 손상을 탐색하는 역할을 한다고 알려져 있다. 하지만 아직까지 이 단백질이 어떻게 손상 부위를 찾는지는 확인된 바가 없었다.
연구진은 ‘DNA 커튼’이라고 불리는 단분자 분광학 기술을 이용해 DNA 위에서 움직이는 XPC-RAD23B 단백질의 움직임을 실시간으로 확인했다. 그 결과 이 단백질이 DNA를 따라 움직이며 손상 부위를 확인한다는 것이 밝혀졌으며, DNA 위의 다른 단백질을 피하기 위해 폴짝폴짝 뛰어다니는 것도 관찰됐다.
XPC-RAD23B 단백질이 DNA 위에서 손상부위를 찾는 과정
이번 논문의 제1저자인 천나영 연구원은 “XPC-RAD23B은 다른 단백질을 쉽게 통과할 수 있기 때문에 30억 개에 이르는 DNA의 손상 부위를 빠르게 찾을 수 있었던 것”이라며 “이를 이용하면 다양한 질병의 원인이 되는 DNA 손상을 빠르게 알아내는 분자생물학적 방법을 개발할 수 있을 것”이라고 설명했다.
유전정보를 담고 있는 DNA는 자외선이나 유독물질에 쉽게 손상되고 변형된다. 이런 손상에도 돌연변이를 갖지 않는 건, 우리 몸속에서 손상된 DNA를 빠르고 정확하게 원상 복구하는 ‘뉴클레오타이드 절제 복구(NER)’가 계속 진행되기 때문이다.
이 복구는 다양한 단백질들의 상호작용으로 진행되는데, XPC-RAD23B 단백질이 손상 부위를 확인하는 게 시작점이 된다. 연구진은 이번 발견이 DNA 손상으로부터 유래하는 피부암, 색소성건피증 등 다양한 유전질환을 치료할 수 있는 분자생물학적 기반이 될 것으로 기대하고 있다.
XPC-RAD23B와 다른 단백질의 충돌실험에 대한 개략도(위)와 실제 XPC-RAD23B가 폴짝폴짝 뛰어다니며 다른 단백질을 넘어가는 것을 보인 움직임(아래)
이자일 교수는 “현재 현미경 기법으로는 세포핵 내에서 일어나는 단백질과 DNA의 상호작용을 정확하게 관찰할 수 없는데, 이번 연구를 통해서 이런 한계를 극복할 수 있었다”며 “다양한 질병의 원인이 되는 DNA와 단백질의 상호작용을 보다 정확하게 관찰할 수 있는 토대를 마련한 것”이라고 강조했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업과 포스코 청암펠로우십, 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 이뤄졌다. 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘뉴클레익 에시드 리서치(Nucleic Acid Research, IF: 11.56)’에 8월 2일(금)자로 온라인 게재됐으며, 중대한 발견(Breakthrough Article)으로 주목받았다.
* 논문명: Single-molecule visualization reveals the damage search mechanism for the human NER protein XPC-RAD23B
천나영 연구원(1저자, 왼쪽)과 이자일 생명과학부 교수(오른쪽) | 사진: 김경채
