DNA는 유전 정보를 담고 있는 생체분자입니다. 사람의 DNA는 대략 30억 개의 염기쌍으로 구성돼 세포핵 내부에 존재합니다. DNA는 다양한 요인에 의해 손상을 입게 되는데요. 자외선이나 화합물질 등에 노출되면 염기쌍에 변화가 생깁니다.
변형된 염기쌍은 유전정보를 변형해 암이나 유전병 같은 심각한 질병을 유발합니다. 우리 몸은 이를 막기 위해 염기쌍의 변화를 원래대로 복구하는 DNA 손상 복구기전을 진화적으로 보존해왔습니다.
변형된 염기쌍, 어떻게 찾나?
특히 자외선에 의해 변형된 염기쌍 변화는 '뉴클레오타이드 절제 복구(Nucleotide Excision Repair, NER)'라는 과정으로 복구됩니다. NER은 다양한 단백질들이 복합체(Complex)를 이뤄 여러 단계를 거치며 진행되는데요. 가장 중요한 단계는 염기쌍의 손상 부위를 인식하는 겁니다. 이 역할을 맡는 단백질은 'XPC-RAD23B'입니다. 이 단백질은 30억 개에 달하는 사람의 유전자를 살피고 이 중 변형된 한두 개의 염기쌍을 찾는 역할을 빠르고 정확하게 수행합니다.
현재까지 이 단백질이 어떻게 이렇게 빠르고 정확하게 30억개에 달하는 유전자 중 변형된 한두개의 염기쌍을 찾아내는지 알려진 바가 없었습니다. 그런데 UNIST 생명과학부 이자일 교수팀은 IBS 유전체항상성연구단 올란도 쉐러 교수팀과의 공동연구를 통해 XPC-RAD23B 단백질의 움직임을 관찰해냅니다. 이번 연구는 <Nucleic Acid Research>에 게재됐습니다.
폴짝폴짝, XPC-RAD23B 단백질
연구진은 DNA 커튼이라고 불리는 단분자 분광학 기술을 이용해 DNA 위에서 움직이는 XPC-RAD23B 단백질의 움직임을 실시간으로 확인했습니다. 참고로 DNA 커튼 기술이란 나노공정기술, 마이크로유체제어기술, 형광이미징 기술을 융합한 고속대량(High-throughput) 이미징 기술인데요. 직접적으로 단백질과 DNA의 상호작용을 관찰할 수 있는 시스템입니다. 이 때문에 특정한 단백질들에 국한되지 않고 수많은 단백질을 보편적으로 관찰할 수 있는 플랫폼을 제공합니다.
연구진이 DNA 커튼을 이용한 결과, XPC-RAD23B 단백질은 DNA를 따라 움직이며 손상 부위를 확인한다는 점이 밝혀졌습니다. 또한 DNA 위의 다른 단백질을 피하기 위해 폴짝폴짝 뛰어다니는 특징도 관찰됐습니다. 장애물달리기 선수처럼 DNA 위를 뛰어다니며 다른 단백질을 쉽게 통과할 수 있었기 때문에 XPC-RAD23B 단백질은 30억 개에 이르는 DNA안에서 손상된 부위를 빠르게 찾을 수 있었던 겁니다.
연구진에 따르면 이번 연구를 이용한다면 다양한 질병의 원인이 되는 DNA 손상을 빠르게 알아내는 분자생물학적 방법을 개발할 수 있을 것이라고 하는데요. XPC-RAD23B의 복구 과정을 통해 심각한 유전질환인 색소성건피증, 피부암 등을 유전적으로 치료할 수 있는 분자생물학적 기반이 마련될 것으로 보입니다.
이자일 교수는 "현재 현미경 기법으로는 세포핵 내에서 일어나는 단백질과 DNA의 상호작용을 정확하게 관찰할 수 없는데, 이번 연구를 통해 이런 한계를 극복할 수 있었다"며 "다양한 질병의 원인이 되는 DNA와 단백질의 상호 작용을 보다 정확하게 관찰할 수 있는 토대를 마련한 것"이라고 밝혔습니다.
##참고자료##
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Cheon, Na Young, et al. "Single-molecule visualization reveals the damage search mechanism for the human NER protein XPC-RAD23B" Nucleic acids research (2019).
