[지금은 과학] 새로운 4중나선 DNA 발견


성균관대 김경규 교수팀, 'AC-motif' 구조의 유전자 발현 조절 규명

[아이뉴스24 최상국 기자] 세포의 유전정보를 저장하는 DNA는 1953년에 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭이 발견한 이중나선 구조(B-DNA)만 있는 것은 아니다.

과학자들은 오래 전부터 특정 염기서열이나 특정 세포 조건에서는 다른 형태의 DNA구조가 만들어질 수 있다고 보고 이를 찾아 기능을 밝히는 연구를 해 왔다.

가장 잘 알려진 것은 G-쿼드루플렉스(G-quadruplex, 반복되는 구아닌 서열에 의해 형성되며, 여러 발암유전자의 단백질로의 발현을 조절하는 부위인 프로모터에 존재), Z-DNA(구아닌과 사이토신이 반복되는 염기서열로 형성) 등이며, DNA 네 가닥이 꼬여서 형성되는 4중나선 구조도 발견돼 왔다.

한국연구재단은 성균관대 의학과 김경규 교수 연구팀이 세포내 유전자 발현을 조절하는 새로운 형태의 4중나선 DNA를 발견했다고 발표했다. 연구내용은 국제학술지인 뉴클릭 액시드 리서치(Nucleic Acids Research)에 9월1일자로 실렸다. (논문명: AC-motif: A DNA motif containing adenine and cytosine repeat plays a role in gene regulation)

(왼쪽) AC-motif 구조 모식도: A+:C와 C+:C 염기쌍들이 교차로 삽입되어 있는 4중 나선 구조. (오른쪽) 세포 내 유전자 발현 조절 : CDKL3 유전자 프로모터에 존재하는 AC-motif는 마그네슘이 있는 환경에서 형성되며, 이로 인해 CDKL3 유전자 발현이 증가함. 반면 AC-motif를 형성할 수 없는 서열로 교정된 mutant 세포에서는 마그네슘이 있는 환경일지라도, CDKL3 유전자의 발현의 증가를 관찰할 수 없음. [그림제공 및 설명=성균관대학교 김경규 교수]

연구팀이 발견한 것은 두 쌍의 2중나선 구조가 엇갈려 있는 형태로, 아데닌-사이토신이 반복되는 염기서열에서 만들어진다. 연구팀은 이를 'AC-motif'라고 이름붙였다. 이 독특한 형태의 4중나선 DNA는 아데닌 사이토신 염기서열이 반복되면서 마그네슘이 존재하는 환경에서 형성된다. 연구팀은 다양한 분석법으로 이 4중나선 DNA의 형태를 확인했다.

연구팀은 나아가 세포실험과 유전체 교정기술을 동원해 이 4중나선 구조가 어떤 기능을 갖는지 추적한 결과 AC-motif가 CDKL3라는 발암유전자의 발현을 조절할 수 있음도 알아냈다.

오랫동안 이형핵산구조를 연구해 온 김경규 교수는 "새로운 핵산구조를 발견하고 유전자 발현 조절의 새로운 원리를 제시함으로써 세포내 생명현상을 보다 깊게 이해하고 이와 관련된 치료제 개발에 기여할 수 있기를 기대한다"고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구지원사업과 삼성미래기술육성재단 등의 지원을 받아 수행됐다. 김경규 교수 연구팀의 허정환 박사가 제1저자로 연구를 주도했으며, 배상수 교수(한양대 화학과), 박진주 교수(GIST 화학과) 연구팀이 구조분석과 유전자편집에 기여했다.

/최상국 기자(skchoi@inews24.com)







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