[3분 곰국] '정보 암살자' 아고넛 단백질 원리 처음 밝혀
김빛내리 IBS RNA연구단장·노성훈 서울대 생명과학부 교수
11일 국제 학술지 '네이처' 발표
곰국과 논문의 공통점은 전문가들이 오랜 시간 공들여 내놓는 결과라는 점입니다. 누구나 간편하게 즐길 수 있도록 포장한 게 '3분 요리'라면, 누구나 쉽고 재미있게 읽을 수 있도록 정리한 게 '3분 곰국(거꾸로 읽어보세요)'입니다. 웹툰 '곰국 요정'(인스타그램 계정 @gomgooki) 으로도 만나보세요.
대사질환, 알츠하이머 등 특정 유전자가 과도하게 발현돼 생기는 난치성 질환의 치료제를 부작용 없이 설계할 수 있는 길이 열린다. 필요 없는 유전자 정보를 찾아내 제거하는 '아고넛 단백질'의 원리를 국내 연구진이 처음 규명했다.
11일 과학기술정보통신부는 김빛내리 IBS(기초과학연구원) RNA 연구단장이 이끄는 연구팀이 노성훈 서울대 생명과학부 교수 연구팀과 함께 유전자 발현을 조절하는 단백질 '아고넛'의 활성화 과정을 세계 최초로 규명했다고 밝혔다. 연구 결과는 이날 자정(한국 시각) 국제 학술지 '네이처'에 공개됐다.
세포 안에는 유전자의 과도한 발현을 억제해 신체 균형을 맞추는 마이크로 RNA(miRNA)가 있다. 이 miRNA가 실제 세포 내에서 유전자 발현을 억제하려면, 반드시 아고넛 단백질과 결합해 '단백질-RNA 복합체'(RISC)를 형성해야 한다. 아고넛 단백질은 우리 세포 안에서 필요 없는 유전자 정보를 찾아내 제거하는 단백질이다. 제거 대상에 대한 정보를 담은 miRNA와 결합한 뒤 표적을 찾아가 분해한다.
하지만 지금까지 miRNA가 어떻게 아고넛과 결합해 활성화되는지 밝혀낸 연구는 없었다. 이는 RNA치료제의 개발을 가로막는 장애물이기도 했다.
연구팀은 아고넛이 유전자 조절 활성을 갖추는 과정을 직접 관찰했다. 이를 위해 '샤페론'에 결합한 아고넛 복합체를 분리·정제했다. 샤페론은 세포 안에서 다른 단백질에 붙어 정상적인 3차원 구조를 갖추도록 도와주는 단백질이다. 이 과정을 초저온전자현미경(Cryo-EM)을 통해 원자 수준에서 분석한 결과, 샤페론의 움직임이 포착됐다.
샤페론은 아고넛을 완전히 열린 형태로 붙잡아 miRNA가 들어갈 공간을 만들었다. 그 공간에 miRNA가 들어가 결합하면 임무를 마친 샤페론은 떨어져 나가고, 아고넛은 유전자를 조절할 수 있는 닫힌 형태로 완성됐다.
이같은 작동 원리를 검증하기 위해 시험관 안에서 결합 과정을 그대로 재현한 결과, 완성된 아고넛 복합체는 표적 유전자(mRNA)를 정확히 잘라내는 기능까지 정상적으로 수행했다. 아고넛은 세포 내에 존재하는 원형인 '이중가닥 miRNA'가 있을 때만 안정적으로 작동했다. miRNA가 없거나 단일가닥 형태일 때는 정상적인 구조가 만들어지지 않았다.
나아가 어떤 RNA가 아고넛에 효율적으로 탑재되는지도 확인했다. RNA의 화학적 특성, 이중나선 구조, 20~24개 염기의 최적 길이 등이 아고넛의 정상적인 결합에 필수적이었다.
연구를 주도한 김빛내리 연구단장은 "그간 시행착오에 의존하던 RNA 치료제 설계에 분자적, 이론적 근거를 제시했다"며 "향후 더 효율적이고 안전한 RNA 치료제를 개발할 수 있을 것"이라고 연구의 의의를 밝혔다.
노성훈 교수는 "단백질이 기능을 갖춰 가는 과정을 직접 관찰했다는 데 큰 의미가 있다"며 "단백질의 조립 원리를 규명해 생물 현상을 이해하는 새로운 관점을 제시할 것"이라고 했다.
이번 연구는 과기정통부 IBS 기초과학연구단사업과 개인기초연구사업의 지원을 받았다.
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