기초과학연구원 알엔에이(RNA)연구단, 꼬리서열분석법으로 밝혀내
Uridylation by TUT4 and TUT7 marks mRNA for degradation
미래창조과학부(장관 최양희)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)의 알엔에이(RNA)연구단(단장 김빛내리)이 세포 안에 있는 전령알엔에이(RNA)의 분해과정에 숨겨져 있던 새로운 메커니즘을 발견하는데 최초로 성공했다.
세포내 디엔에이(DNA)에 담긴 유전정보는 전령알엔에이(RNA(mRNA))에 의해 복사되어 단백질을 만드는데 이용된다. 따라서 유전정보를 전달하는 매개체인 전령알엔에이(RNA)의 생성에서부터 분해까지의 과정은 생명현상의 핵심과정이며, 다양한 생리현상과 질병을 이해하는 기반이 된다.연구진은 최근의 연구를 통해 전령알엔에이(RNA)의 끝 부분에 유리딘 꼬리가 만들어짐을 보고한 바 있다.
연구진은 한 발 더 나아가 올해 초 자체 개발한 꼬리서열분석법3)을 이용해 전령알엔에이(RNA)의 분해를 촉진하는 ‘유리딘화4)’ 현상을 발견하고 이를 담당하는 두 개의 효소(TUT4, TUT7)5) 를 처음으로 밝혀냈다.
연구진의 이번 연구는 전령알엔에이(RNA)의 생성에서 분해까지의 전 과정에 대해 보다 깊은 이해를 제공한 것은 물론이며, 이전 기술로는 알기 어려웠던 전령알엔에이(RNA)꼬리의 의미를 발견했다는데 중요성이 있다.
이번 연구결과는 분자생물학 분야 세계 최고 권위지 셀(Cell, IF 33.116)에 12월 4일자(현지시각 EST 12:00pm, 온라인)로 게재될 예정이다.
* (논문제목) TUT4, TUT7 단백질에 의한 유리딘화가 전령RNA의 분해를 유도한다 (Uridylation by TUT4 and TUT7 marks mRNA for degradation)
* (공동 제1저자) 임재철, 하민주, 장혜식 IBS RNA연구단 연구원
* (교신저자) 김빛내리 IBS RNA연구단장(서울대학교 생명과학부 교수)
일반적으로 전령알엔에이(RNA)는 성숙 과정을 거치며 긴 아데닌 꼬리를 갖게 되고, 기능을 마친 전령알엔에이(RNA)는 긴 아데닌 꼬리가 짧아지며 분해과정이 시작된다.
이렇게 꼬리가 짧아진 전령알엔에이(RNA)는 이후 다양한 분해 효소들에 의해 최종적으로 잘게 분해된다.
연구진은 짧은 아데닌 꼬리에 추가적으로 유리딘 꼬리가 붙는다는 사실을 밝혔고, 이렇게 유리딘 꼬리가 붙어있는 전령알엔에이(RNA)는 빨리 분해된다는 것을 발견했다.
또한 유리딘 꼬리는 두 개의 효소(TUT4, TUT7)에 의해 짧은 아데닌 꼬리를 가진 전령알엔에이(RNA)끝부분에 선별적으로 부착되며, 이 두 개의 효소를 인위적으로 제거한 세포에서는 전령알엔에이(RNA)의 유리딘 꼬리가 사라지며 분해가 느려진다는 것을 밝혀냈다.
김빛내리 기초과학연구원 알엔에이(RNA)연구단장은 “이번 연구는 유리딘 꼬리의 의미를 처음으로 밝힌 것”이라며 “인간을 비롯한 포유동물에서 전령알엔에이(RNA)의 분해를 이해할 수 있게 되었으며, 유전자 연구에 중요한 실마리를 제공할 수 있을 것”이라고 전했다.
연 구 결 과 개 요
Uridylation by TUT4 and TUT7 marks mRNA for degradation
Jaechul Lim*, Minju Ha*, Hyeshik Chang*, S. Chul Kwon, Dhirendra K.
Simanshu, Dinshaw J. Patel, and V. Narry Kim
(Cell, in press)
세포내의 DNA에 담긴 유전정보는 전령RNA(mRNA)가 복사하여 단백질을 만들어내는데 이용된다. 따라서 유전정보를 전달하는 매개체인 전령RNA의 생성, 기능 및 분해는 생명현상의 핵심과정이며, 어떻게 조절되느냐에 따라 다양한 생리현상과 질병에 연관되어있다.
연구진은 이번 연구를 통해 전령RNA의 분해과정에 숨겨져 있던 새로운 과정인 유리딘화 현상을 발견하고 중요성을 증명함으로서, 전령RNA의 생활사를 폭 넓게 이해할 수 있게 되었다. 일반적으로 DNA로부터 전사가 끝난 전령RNA는 성숙 과정을 거치면서 보호 작용이 있는 긴 아데닌 꼬리를 가지게 되는데, 이 후 전령RNA의 분해과정은 긴 아데닌 꼬리가 짧아지면서 시작된다. 꼬리가 짧아진 전령RNA는 이후에 짧은 아데닌 꼬리를 인지하는 다양한 분해 효소들에 의해 최종적으로 잘게 분해가 된다. 연구진은 짧은 아데닌 꼬리에 추가적으로 유리딘 꼬리가 붙는다는 사실을 밝혔고, 유리딘 꼬리가 붙은 전령RNA는 빨리 분해된다는 것을 발견하였다. 유리딘 꼬리는 두 개의 효소(TUT4, TUT7)에 의해 짧은 아데닌 꼬리를 가진 전령RNA 끝부분에 선별적으로 부착되며, 이 두 개의 효소를 실험적으로 제거한 세포에서는 전령RNA의 유리딘 꼬리가 사라지면서 분해가 느려지는 것이 확인되었다.
본 연구는, 이전에는 알려지지 않았던 전령RNA의 유리딘화 과정을 발견하고, 그로 인해 분해가 촉진되는 현상을 발견해내었다. 따라서 전령RNA의 꼬리 변형을 통해 유전자와 세포의 운명을 조절할 수 있는 새로운 메커니즘을 제시하고 있다.
용 어 설 명
1. 전령RNA(messenger RNA 혹은 mRNA)
. 전령RNA는 DNA에 보관되어 있는 유전 정보를 단백질로 전달해주는 매개체로, 모든 생명 활동에 핵심인 물질이다. 전령RNA는 염기서열로 암호화 되어 있는 유전 정보를 포함하고 있으며 조절 및 보호를 위해 성숙 과정 중에 뒤쪽 말단에 긴 아데닌 꼬리를 가진다.
2. 유리딘(uridine)
. RNA 사슬의 기본 구성단위이며, 뉴클레오티드를 구성하는 염기의 한 종류. 핵산의 염기서열을 표시할 때 U로 표시한다.
3. 꼬리서열분석법(TAIL-seq)
. 연구진이 올해 3월 개발해 낸 이 분석법은 전령RNA의 운명을 결정하는 요소인 긴 아데닌 꼬리를 마치 책 읽듯 문자로 해독하여 분석하는 기술로서, 기존 방법들에 비해 광범위하면서도 정확한 정보를 제공함으로써, 향후 생명체의 유전자 조절 원리를 이해하는 데 필수적인 연구 도구로 각광받을 전망이다.
4. 유리딘화(uridylation)
. 핵산에 유리딘을 붙이는 반응
5. TUT4, TUT7 단백질
. RNA와 결합하여 RNA의 끝부분에 RNA를 구성하는 기본 단위인 뉴클레오티드를 붙이는 효소 단백질들이다.
6. 셀(Cell)지
. 분자생물학 연구 분야 세계최고 권위를 인정받는 저널로 피인용지수 (Impact Factor)는 33.166이다.
연 구 결 과 문 답
이번 성과 뭐가 다른가
전령RNA의 꼬리를 대량으로 분석할 수 있는 꼬리서열분석법(TAIL-seq)을 개발한 연구진은 전령RNA 끝부분에서 유리딘으로 만들어진 꼬리를 발견하였다. 이번 연구는 이전 기술로는 알기 어려웠던 유리딘 꼬리의 생물학적인 의미를 발견하고 그 중요성을 증명한 것이다.
어디에 쓸 수 있나
RNA 꼬리 변형을 이용한 유전자와 세포의 운명 조절 연구에 새로운 실마리를 제공했다고 생각한다.
실용화까지 필요한 시간은
이번 연구는 당장의 실용화할 수 있는 결과이기보다는 전령RNA의 분해 메커니즘에 대한 전반적인 이해에 기여하는 연구라고 생각한다.
실용화를 위한 과제는
동물의 발생단계나 다양한 질병 조직에서 유리딘 꼬리가 유전자 조절에 어떤 영향을 미치는지 알아봄으로써 실용화의 가능성을 확인할 수 있을 것이다.
연구를 시작한 계기는
성숙한 전령RNA에 존재하는 긴 아데닌 꼬리 이외에 또 다른 종류의 꼬리는 없을까 궁금했고, 꼬리서열분석법(TAIL-seq)을 개발하였다. 꼬리서열분석법을 통해 유리딘 꼬리와 같은 새로운 종류의 꼬리들을 발견하게 되었고, 그것의 생물학적 의미를 탐구해보고 싶었다.
에피소드가 있다면
꼬리서열분석법을 개발한 연구진이 다시 힘을 합쳐 후속연구를 진행하였다. 3명의 조화로운 분업이 서로의 시너지를 극대화 시켰다.
꼭 이루고 싶은 목표는
기초적인 생물학 연구를 통해, 궁극적으로 전반적인 생명현상을 이해하는데 기여하고 싶다.
신진연구자를 위한 한마디
오늘 하루도 열심히!
그 림 설 명
성숙한 전령RNA는 긴 아데닌 꼬리(poly[A] tail)를 가지고 있는데, 기능을 마친 전령RNA는 이 아데닌 꼬리가 짧아지면서 분해가 시작된다(아데닌 꼬리 제거). 아데닌 꼬리가 짧아진 전령RNA는 TUT4, TUT7 효소에 의해 추가로 유리딘 꼬리를 가지게 되면서 더욱 빨리 분해된다.
