[명경재 칼럼] DNA가 품은 비밀 지켜주는 DNA 복구과정

2015년 노벨화학상이 유전체 (Genome)를 보존하는 기작인 DNA 복구과정의 생화학적 연구의 시작을 가능하게 한 공로로 3명의 과학자들에게 돌아갔다. 토마스 린달, 폴 모드리치, 그리고 아지즈 산자르 교수들이 그 주인공이다.

이들은 생명체를 결정짖는 청사진을 가지고 있는 DNA가 세포 내외부적 요인에 의해 문제가 생겼을 때, 이를 복구하는 여러 가지 DNA 복구과정들 중에, 염기절제 복구 (Base excision repair), 틀린짝 복구 (Missmatch repair), 뉴클레오티드 절제 복구 (Nucleotide excision repair)에 관련된 단백질을 순수정제 하여 이 기작을 밝힌 공로로 노벨화학상을 수상했다.

생명체의 청사진을 담고 있는 DNA는 네 개의 알파벳인 A (Adenine), C (Cytosine), G (Guanine), T (Thymine) 으로 이루어져 있다. 이 네 개의 알파벳을 여러 가지로 조합하여 생명체가 필요한 각종 단백질과 RNA가 만들어져서 생명체가 생성된다.

따라서 이러한 생명체의 청사진을 담고있는 DNA의 알파벳 조합이 유전적인 요소를 결정하는 유전체 (Genome)를 만든다. 유전체가 세포의 분열, 분화와 같은 과정에 문제가 생기지 않아야 그 정보가 개체내에서, 그리고 다음 세대로 정확하게 전달이 되어질 수 있다.

하지만, 생명체의 유전체는 끊임없이 세포 대사의 부산물이나 외부의 환경적 요인들에 의해 공격을 받아 문제가 발생할 수 있다. DNA 복구과정은 유전체에 나타날 수 있는 여러 문제를 처리하여 생명체의 청사진을 그대로 보존하는 역할을 한다.

DNA 복구과정에 이상이 생기면, 생명체에서 돌연변이가 증가하고, 동물에서는 암이나 노화같은 질환이 발생한다.

예를 들면, 틀린짝 복구 과정에 이상이 있는 환자군들의 경우 40세 정도가 되면 대장암이 발생하고, 다른 DNA 복구 과정중의 하나인 상동염색체 조합 복구 (Homologous recombination repair)가 이상이 있는 경우에는 40세 정도에 유방암이 발생할 가능성이 높아진다. 최근에 헐리우드 스타인 안젤리나 졸리의 경우 상동염색체 조합 복구에 이상이 있을 수 있는 가능성을 발견하여 유방절제 수술을 받기도 했다.

그리고, 자외선이나 방사능에 노출이 많으면, DNA 복구과정이 충분히 유전체를 복구할 수 없게 돼서, 피부암이나 백혈병 등의 암이 많이 발생하는 것이 관찰되어 졌다. 따라서, DNA 복구과정을 정확하게 이해하고, 개인 개인마다의 DNA 복구과정에 대한 정도를 알 수 있다면, 암 발생이나 노화 등을 늦출 수 있는 가능성을 마련할 것으로 기대된다.

유전체의 항상성을 유지하는 DNA 복구과정은 이러한 중요성을 가지고 있지만, 반면 암세포와 같은 생체내에 필요치 않은 세포들이 DNA 복구과정의 이상이 생긴다는 점에 착안하여, 이를 타깃하는 치료법을 개발하려는 노력이 진행되고 있다.

DNA 복구과정이 없어지면, 세포가 DNA의 복제를 저해하는 물질에 노출되었을 때, 사멸이 빨리된다는 현상에 착안해 DNA의 복제를 저해할 수 있는 물질들을 개발하고 이를 항암제로 개발하는 연구가 진행되어져 왔다.

기존의 항암물질로 개발된 화합물들이 주로 이러한 DNA의 복제를 저해하는 물질들이어서, 암세포의 성장을 막고 사멸시키는 역할을 했지만, 정상 세포중 DNA 복제를 진행하고 있는 세포에도 영향을 주기 때문에 각종 부작용이 생겨나는 단점이 있었다.

최근 들어 암세포에서의 DNA 복구과정 중 특정 복구과정의 이상을 진단할 수 있는 가능성이 DNA 염기서열 분석 방법 등의 개발로 가능해 짐에 따라, 많은 화합물들 중에서 특정 DNA 복구과정의 이상만을 타깃하는 화합물을 개발해 기존의 항암제에 비해 부작용이 적은 항암물질을 개발하려는 노력이 진행되고 있다.

이러한 새로운 신물질의 개발은 DNA 복구과정의 정확한 이해가 선행이 되어야 하기에, 울산에 새롭게 세워진 유전체 항상성 연구단의 향후 연구 방향에 귀추가 모아지고 있다. 2014년 12월에 시작된 기초과학연구원 산하 유전체 항상성 연구단은 울산과기원 캠퍼스 내에 자리하고, DNA 복구과정, 복제과정을 분자적 수준에서 연구하고, 이들의 이상에 특별하게 작용하는 화합물을 발견하고 연구하는데 목표를 두고 있다.

이를 위해 DNA 복구, 복제 과정을 연구해온 연구자들과 각종 동물 모델을 사용하는 전문 연구자들이 모여서, 울산과기원에 있는 다른 많은 연구실들과 함께 DNA 복제, 복구 과정의 기초적 연구와 이를 응용해 새로운 신물질을 발굴하고 이들이 생체에 미치는 영향을 규명하고, 가능하면 각종 질병의 치료에도 적용하려고 하고 있다.

고령화 사회가 되어가는 대한민국 사회는 앞으로 노화나 노화와 관련된 질병들, 특히 암발생 등에 대처를 해 나가야 할 것이다. 따라서, 노화와 암의 기초적 연구인 DNA 복제, 복구 연구는 향후 한국 사회에서 큰 역할을 할 것이다.

또한, 이러한 연구는 특히 울산지역에서 중요한 역할을 할 것으로 기대한다. DNA 복구과정의 연구는 각종 유해물질이나 방사선에 의한 생체내의 반응을 정확히 이해할 수 있는 실마리를 제공하고 대처할 수 있는 방법을 개발하는 토대를 구축할 것이다. 이러한 노력은 고도의 산업화가 이루어지고 원자력 발전소들이 있는 울산시민들의 삶의 질을 높이는데 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

명경재 UNIST 특훈교수 / IBS 유전체 항상성 연구단 단장

<본 칼럼은 2016년 1월 18일 울산매일신문 3면에 ‘[명경재 칼럼] DNA가 품은 비밀 지켜주는 DNA 복구과정’라는 제목으로 실린 것입니다.>