생명공학연구원, 돌연변이 DNA를 복구하는 신규 단백질 효소의 기능 규명

돌연변이 유발 암세포 치료 및 단백질 공학 분야에 활용 기대

UdgX의 DNA 내 우라실 인식과 공유결합 형성

UdgX의 활성 부위에서 DNA 내 우라실을 인식하면, UdgX의 109번 히스티딘 (H109)에 의하여, 우라실이 연결되었던 DNA 오탄당 잔기와 공유결합을 형성한다. 히스티딘 (Histidine)은 20가지 아미노산 중의 한 종류이다.

국내 연구진이 세포 내에서 돌연변이 DNA를 복구하는 효소(UDG; Uracil-DNA Glycosylase) 중 특이한 활성을 보이는 신규 단백질 효소(UdgX)의 기능을 규명했다.

이는 아직 규명되지 않은 새로운 DNA 복구 시스템의 존재를 시사하며, 관련 연구를 통한 암 치료 및 단백질 공학 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

한국생명공학연구원(원장 김장성) 질환표적구조연구센터 우의전 박사팀(교신저자: 우의전/Umesh Varshney 박사, 제1저자: 안우찬 박사과정)이 수행한 이번 연구는 한국생명공학연구원의 주요사업 지원으로 수행되었고, 생물학 분야의 세계적 저널인 Nature Chemical Biology지 5월 17일자(한국시각 5월 18일) 온라인 판에 게재되었다.

UDG 단백질 효소는 유전자 내 돌연변이 발생을 방지하는 효소로, DNA 내에서 빈번하게 발생하는 주요 염기의 변이*를 인식하고 제거한다.

DNA와 RNA를 구성하는 염기는 퓨린 염기와 피리미딘 염기로 나뉘는데, 피리미딘 염기는 사이토신(cytosine)과 티민(thymine), 우라실(uracil)의 세 가지가 존재한다. 이때 UDG 효소는 사이토신(cytosine)으로부터 우라실(uracil)로 변이할 때 이를 인식하고 제거한다.

DNA는 유전정보를 전달하는 매개체이며, 환경적인 요인에 의해서 지속적인 공격을 받아 돌연변이가 발생하기 때문에, DNA 내 돌연변이 발생을 방지하는 것은 기본적인 생명유지에 필수적인 방어 수단이다.

DNA의 형태로 유전정보를 저장하는 모든 생명체는 돌연변이를 인식해 복구하는 시스템을 필수적으로 지니고 있으며, UDG는 유전자 복구 시스템에 관여하는 효소로서, 모든 생물체가 이 단백질을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다.

세포 내에서 돌연변이 DNA를 복구하는 UDG 효소의 일반적인 기능과는 달리, 연구팀은 미생물로부터 발견한 ‘UdgX’ 라는 단백질이 우라실 염기에 안정적 공유결합을 이루는 기능이 있음을 밝혔다.

인도와 공동 연구를 수행중인 연구팀은 비결핵항산균(Mycobacterium smegmatis 종)에서 신규 UDG 단백질의 한 종류인 UdgX 단백질을 새롭게 찾아냈으며, 이 단백질이 DNA내 우라실 염기를 인식하고 강력한 공유 결합을 형성한다는 것을 실험을 통해 확인했다.

연구책임자인 우의전 박사는 “이번 연구를 통해 UDG 효소 계열의 보고되지 않은 신규 활성을 가진 UdgX의 분자적 구조를 규명하고 독특한 생화학적 메커니즘 제시한 것”이라며, “이러한 결과는 세포의 유전자 복구 기작에 있어 이전에 알려지지 않은 새로운 경로가 존재할 가능성을 제시했다”고 말했다.

또 “이러한 신규 기능의 단백질은 향후 돌연변이로 유발되는 암세포의 치료 연구 및 ‘크리스퍼 염기교정 유전자가위(Base Editor)’로 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

seokjang@fnnews.com 조석장 기자

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