이광록 GIST 교수팀, 유전자 조절 관여 핵심 효소 작동기전 규명

수수께끼로 여겨졌던 RNA 사멸과정 효소의 단분자 구조체 수준의 작동 원리가 세계 최초로 규명됐다. 

GIST(광주과학기술원·총장 김영준)는 이광록 생명과학부 교수팀의 논문이 세계 최고 권위의 사이언스지에 지난 달 29일자로 게재됐다고 2일 밝혔다. 

이 교수팀은 미 일리노이대 및 코넬대 연구진과 함께 RNA 분해효소가 복잡한 구조를 가진 RNA를 어떻게 제거 하는지를 연구했다. 연구팀은 생물물리, 생화학, 분자생물학 연구분야의 핵심 기술인 단분자 분광법을 이용해 효소의 움직임을 나노미터 단위로 관찰했다.

그 결과 분해 효소가 생체 로봇처럼 RNA를 분해하면서 나오는 화학적 에너지를 고효율 탄성에너지로 집적시키고, 이를 한꺼번에 기계적 일로 변환해 소진함으로써 다차원 구조를 제거한다는 것을 처음으로 밝혀냈다.

RNA 분해효소는 세포 내에서 RNA의 양을 줄이거나 완전히 없애 생명유지에 필요한 유전자 발현을 조절하는데, 이러한 과정이 잘못됐을 때는 암과 같은 많은 질병이 생길 수 있다. 

그러나 유전자 조절의 매개체인 RNA는 복잡한 구조를 가지고 있기 때문에 분해 효소가 어떻게 외부 에너지를 사용하지 않고 복잡한 구조를 제거하는지가 학계의 오랜 수수께끼였다. 

이번 연구는 단백질로 이루어진 효소가 에너지로 변환하는 것 뿐만 아니라 그 에너지를 고효율 에너지로 축적해 사용하는 생체로봇 기능을 한다는 것을 밝혀냈다는 데 의의가 있다. 

이 교수는 "이번 연구는 순수 기초연구의 성과로서 생명체의 RNA 사멸이라는 중요한 현상을 구조·기능적 원리로서 이해하는데 이바지 했을 뿐만 아니라 RNA 분해효소의 오작동으로 발생하는 암과 같은 질병의 치료제 개발에 초석이 될 수 있다는 점에서 학문적 의미가 있다"고 말했다.
 

◆ 용어설명
▲RNA : DNA에서 유전자 정보를 발현하기 위해서는 RNA라는 중간단계의 정보매개체로 바꾸어야 한다. 이 RNA양을 조절함으로써 유전자 발현을 켜기도 하고 끄기도 한다. 따라서 발현 정도를 조절하는 중요한 수단이다. 

▲RNA 분해 효소(exonuclease) : RNA를 끝에서 한 번에 한 개씩 잘라 없애는 RNA 절단 단백질 효소이다. 이 효소는 세포내에서 RNA의 개체수와 존속 기간을 조절함으로써 유전자 발현 정도와 형태를 결정한다. 

▲단분자 형광기술 : 물리학적 기법으로 일반적 광학현미경으로 관찰할 수 없는 매우 작은 움직임까지도 측정할 수 있다. 현재 이 기술은 융합과학인 생물물리학, 생화학 구조생물학 등 여러 학문에 사용되고 있다.

▲생체 로봇 : 사람이 만든 로봇처럼 에너지를 이용하여 움직이며 세포내에서 생명을 유지하는 데 필요한 많은 일들을 하는 단백질 로봇을 일컫는다.
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