세포 분열 동안 유전체(genome)는 두 개의 사본으로 복제되어야 하며, 이 과정은 ‘복제 포크(`replication forks)’라고 하는 구조물에서 일어나는데, 이 구조물에는 효소가 참여하며, 구조물은 분리된 DNA가닥(separated DNA strands)을 따라 움직인다. 종양세포에서는 이 복제포크가 종종 손상되고, 이중 나선의 DNA가 절단된다. 그런데 암 세포가 손상된 복제포크를 수선하여 분열을 완성하는 방법이 제네바대학교 (University of Geneva,Switzerland)의 하라존네이트 (Thanos Halazonetis) 교수가 이끄는 국제적 연구팀에 의해 새로이 밝혀졌다.

절단 유도 복제(break-induced replication, BIR)로 알려진 이 경로는 암 세포에서는 보편적이지만 건강한 세포에서는 드물다. 학술지 Science에 실린 이번 연구 결과는 두 유형의 세포(건강과 악성) 간에 상당한 차이가 있음을 보여주는데, 이 결과는 치료적 응용을 위한 연구로 이어질 것이다.

한 개의 세포가 두 개의 딸 세포로 되기 위해서는, 약 64억 개의 뉴클레오티드로 구성된 DNA가 먼저 복제되어야 한다. 이에 이중 나선이 지퍼(zipper)처럼 열리고, 일군의 효소들이 움직이는 복제 포크가 만들어지며, DNA의 서로 다른 부분에 있는 포크들이 복제의 진행에 따라 이동한다.

특히, 세포 증식(Cell proliferation)은 원암 유전자(proto-oncogenes)라고 알려진 특정 유전자들에 의해 조절된다. 원암 유전자의 과발현 또는 원암 유전자에서의 돌연변이로 인해서 통제를 벗어난 증식이 촉발되며 암 발생이 촉진된다. 종양 세포에서는 암 유전자(oncogenes)가 복제 포크의 붕괴 또는 심지어 파열(rupture)을 유도한다. 이는 효소적 복제 복합체의 분리와 이중 나선 DNA의 절단으로 이어진다는 것이 하라존네이트 교수의 설명이다.

헬싱키대학교 등을 비롯한 다국적 대학의 유전학 연구자들이 협력하여, 어떻게 하여 손상된 복제 포크가 수선되고, 복제가 제기될 수 있는지를 확인했다. 이 연구팀은 DNA 대사에 관련된 690개의 유전자를 분석하였다. 유전자 발현의 차단을 통해서 각각의 유전자를 타깃으로 할 수 있는 siRNAs라고 하는 분자의 집합이 만들어졌다. 이들 유전적 훅(hooks)으로 POLD3와 POLD4를 비롯하여, 손상된 복제 포크의 수선에 필수적인 몇 개의 유전자가 분리되었다. 이들 두 유전자(POLD3와 POLD4)는 DNA의 복제와 수선에 관여하는 단백질을 암호화한다. 그리고, 이들 유전자의 확인 덕분에 ‘절단 유도 복제’라고 알려진 한 가지 다른 수선 프로세스가 확인될 수 있었다.

BIR 수선 프로세스는, 건강한 세포에서는 거의 일어나지 않지만, 사람 종양 세포에서는 매우 보편적이라는 것이 이번 연구에서 확인되었다. 더구나, 이 세포 내 수선 경로를 이용하면, 암 세포에서 유전체 중에서 비정상적 복제 부분이 관찰되는 이유가 설명된다. 실제로, 유전체의 불안전성은 종양 발달에 핵심이 되는데, 그 이유는 종양 발달의 전제 요건이 되는 돌연변이의 축적이 일어날 수 있기 때문이다.

POLD3와 POLD4와 같이, 정상복제에서와는 다른 단백질들이 BIR에 관여한다. 그래서, 연구의 다음 목표는 BIR에 관여한 다른 모든 생화학적 주자들의 확인으로, 어떤 것이 치료적 타깃이 될 수 있는지를 확인하는 것이 될 것이라고 한다.