질병 유전자 발현 억제 ‘miRNA’ 생성 규명

김빛내리 교수팀, ‘네이처’ 게재

세계 첫 단백질 다이서 원리 밝혀
암 등 난치병 치료제 개발 청신호
“유전자 치료 기술 발전 시킬 것”

국내 연구팀이 모든 생명 현상의 기본인 마이크로RNA(miRNA)를 만드는 데 관여하는 단백질 ‘다이서(DICER)’의 핵심 작동 원리와 3차원 구조를 세계 최초로 밝혀냈다. 이에 따라 RNA를 이용한 난치병 치료제 개발에도 속도가 날 것으로 보인다.

기초과학연구원(IBS)은 23일(한국시간) RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대학교 생명과학부 석좌교수) 연구팀이 다이서의 원리와 구조를 밝힌 두 연구 결과가 국제학술지 ‘네이처’에 동시에 게재됐다고 밝혔다.

RNA 연구단 김빛내리 단장.

miRNA는 약 22개의 뉴클레오티드(핵산을 이루는 단위체)로 구성된 작은 RNA다. 단백질을 만들어내는 메신저RNA(mRNA)와 결합해 특정 유전자의 발현을 선택적으로 억제(조절)해 특정 유전자의 발현을 선택적으로 억제하는 물질이다. 세포의 증식과 분화, 면역 반응, 노화와 질병 등 생명 현상의 모든 과정에 직간접적으로 영향을 미친다.

miRNA는 인간 몸에 수백 종이 존재한다. 기다란 핵산(생명의 유전정보를 기록하는 물질)인 miRNA 전구체라는 재료를 절단효소인 드로셔(DROSHA)와 다이서로 순차적으로 잘라내 만들어진다. 이중 다이서는 드로셔가 절단한 miRNA 전구체의 끝부분을 인식하고 자로 특정 거리를 재듯 정확히 잘라내는 역할을 하는 것으로 알려져 왔으나 자세한 원리는 베일에 싸여 있었다.

이번에 연구팀은 ‘대규모 병렬 분석법’이라는 새 기법을 도입해 다이서의 절단 원리를 밝혀냈다. 이 기법은 RNA를 이루는 네 가지 염기가 무작위로 구성된 miRNA 전구체를 100만 종 이상 합성하고, 이 전구체들을 다이서로 한꺼번에 자르도록 한 뒤 어떤 염기서열이 있을 때 다이서가 전구체를 절단하는지 확인하는 방법이다. 이러한 대규모 병렬 분석법을 적용해 다이서가 전구체를 절단하는 데 필요한 서열을 발견해 이를 ‘GYM 서열’이라고 명명했다.

연구팀은 기존에 알려진 것처럼 다이서가 드로셔에 의해 만들어진 말단만을 인지하여 절단하는 것이 아닌 miRNA 전구체의 내부 서열을 인지함으로써 스스로 절단 위치를 결정할 수 있다는 것을 밝혔다. 나아가 RNA 치료기술로 각광받고 있는 ‘RNA 간섭(RNA Interference, RNAi)’기술에 GYM 서열을 적용하여, GYM 서열이 RNA 간섭 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 것도 확인했다.

나아가 연구팀은 노성훈(사진) 서울대 생명과학부 교수팀과 공동으로 GYM 서열을 활용해 인간 다이서가 miRNA 전구체를 자르는 순간의 3차원 구조를 초저온전자현미경(cryo-EM)으로 포착하는 데도 성공했다.

김빛내리 단장은 “miRNA 생성과정을 이해하면 질병의 발병 원인을 파악하는 데 도움이 되고 RNA 간섭 효율을 높여 유전자 치료기술을 발전시킬 수 있다”고 말했다. 그러면서 “이번 결과는 장기간 연속성 있게 연구할 수 있는 환경이 주어진 덕분에 가능했던 것”이라며 “miRNA 생성과정에 대한 이해를 한층 확장하고 국제적인 경쟁력을 이어갈 수 있게 되었다”고 강조했다.

박미영 기자 [e-mail]