손상된 유전자, 돌연변이 적게 생기도록 복구한다

[아이뉴스24 정종오 기자] 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 유전체 항상성 연구단 명경재 단장(UNIST 바이오메디컬공학과 특훈교수) 연구팀은 손상된 유전자를 복구하기 위해 서로 다른 유전자 복구 메커니즘들이 유기적으로 상호작용하고 있음을 규명했다.

지금까지는 한 종류의 DNA 손상 과정을 복구하기 위해 그에 한정된 하나의 복구 메커니즘만 작용하는 것으로 알려져 있었다.

DNA는 생명 유지에 필요한 정보를 가지고 있다. 방사능, 자외선 등의 여러 환경적 자극이나 화학물질 노출로 인해 DNA 일부분이 절단돼 손상되거나, 절단 부위가 다른 곳에 가 붙게 되는 등 변형이 올 수 있다.

DNA 정보에서 만들어지는 단백질이 제대로 만들어지지 않거나, 단백질의 기능에 이상이 생긴다. 이러한 DNA 손상과 변형이 세포에 쌓이게 되면 결국 노화와 암을 유발한다. DNA 손상을 빠르게 복구하는 것은 생명 활동을 유지하는 데 무척 중요하다.

세포는 DNA가 입는 여러 형태의 손상에 대해 다양한 복구 메커니즘으로 대응하고 있다. 가장 심각한 DNA 손상인 ‘DNA 이중나선절단(DNA double strand break)’은 심한 경우 세포사멸에까지 이를 수 있다. DNA 이중나선절단에 대한 복구는 세포가 어떤 복구과정을 선택하는지에 따라 다른 양상이 나타난다.

‘상동재조합 복구(homologous recombination repair)’ 과정을 선택하면 DNA의 유전정보가 그대로 유지된다. ‘작은 유사 염기 이용 복구(polymerase theta-mediated end-joining)’ 과정을 선택하면 일부 유전정보가 손실돼 돌연변이를 불러온다.

DNA 유전 정보의 항상성을 유지하기 위해 어떤 DNA 이중나선절단 복구 과정을 사용하는지가 매우 중요하다. DNA 이중나선절단 복구 과정의 선택은 어떤 단백질에 의해 이뤄지고 이 단백질이 어떻게 DNA 절단 손상을 인식하고 복구하게 되는지에 대해서는 명확히 밝혀지지 않았다.

이번 연구는 DNA 이중나선절단 복구 과정을 구체적으로 관찰하면서, 다른 독립적인 DNA 복구기전인 ‘DNA 틀린짝 복구(mismatch repair, 틀린짝을 제거하고 맞는 짝의 찾아 복구하는 과정)’의 핵심 단백질인 MSH2-MSH3가 중요하게 관여한다는 것을 최초로 알아냈다.

명경재 단장은 “이중나선절단 복구, 틀린짝 복구, 작은 유사 염기 이용 복구 등 기존에 서로 완전히 독립적으로 작용할 것이라고 여겨지던 복구 메커니즘과 관련 단백질들이 서로 유기적으로 상호작용하는 것을 처음 밝힌 성과”라고 설명했다.

이번 연구에는 울산과학기술원(UNIST) 이자일 교수 연구팀과 부산대 오정민 교수 연구팀이 공동으로 참여했다. 연구결과(논문명: MSH2-MSH3 promotes DNA end resection during homologous recombination and blocks polymerase theta-mediated end-joining through interaction with SMARCAD1 and EXO1)는 국제 학술지 핵산 연구(Nucleic Acids Research)에 5월 4일 온라인에 실렸다.