우리의 건강은 대체적으로 자외선이나 다른 원인에 의해 발생한 DNA 손상을 발견하고 그 부분을 수선하는 특정 효소들의 능력에 달려있다. 그런데, RNA 중합효소로 불리는 효소가 DNA 손상에 대해 유전체를 순찰하고 파트너들을 소집하여 그 손상을 치료하는 방법이 NYU 의대 연구팀에 의해 밝혀졌다. 그 결과는 돌연변이를 줄여 암을 비롯한 다른 질환에 덜 걸리는 것이다. 누들러(Evgeny Nudler) 그리고, 생화학 교수 앤더슨(Julie Wilson Anderson) 박사가 주도한 이번 연구 결과는 학술지 Nature 의 인터넷 판에 1월 8일 실렸다.

RNA 중합효소가 이중 나선으로 된 DNA의 식별 가능 트랙을 따라 슬라이딩하고, 그 DNA를 주형으로 성장하는 RNA 나선(growing chain of RNA) 분자를 드는 것으로 알려져 있다. 그리고, 이 RNA 사슬에 단백질을 구성하는 모든 정보가 들어있다. 그러나, DNA 트랙을 순찰하다가 의미 있는 DNA 손상과 마주치면, 이 효소가 꼼짝 못하게 될 수 있고, 심지어는 그 손상 자리에 박히게 되어, 수선 전문가들이 그곳에 미치지 못하게 될 수도 있다.

그런데, 이번 새로운 연구에서 UvrD 헬리케이스(helicase)로 불리는 또 다른 효소가 기차 엔진처럼 그 RNA 중합효소를 뒤로 끌어 당기는 작용을 하여, 그 파손된 부분을 노출시킴으로써, 수선 멤버들이 처리할 수 있게 하는 방법이 밝혀졌다. 이번 발견은 세균에서 사람에 이르는 생물체들에서 널리 적용되는 부분보수 메커니즘(patching mechanism)에 시사하는 바가 크다는 것이 누들러 박사의 설명이다. 수선이 더 잘된다는 것은 돌연변이가 더 작다는 것을 의미하며, 이는 또한 노화가 늦어지고, 암이나 다른 수많은 질환들이 덜 발생한다는 뜻이라고 한다.

이번 연구가 대장균에서 일어나는 한 가지 유형의 DNA 수선에 대한 것이지만, 이번 발견은 다른 세포성 DNA 수선 경로들도 동일한 메커니즘을 이용하여, DNA 손상을 인식하고 수선할 것이라는 것을 의미한다고 한다. 수선의 실패는 심각한 결과로 이어질 수 있다. XPB로 알려진 단백질이 사람 유사체인 UvrD를 코딩하는 유전자에서의 유전적 결함은 일련의 치명적인 장애들과 관련이 있다.

예를 들어, 색소건피증 (xeroderma pigmentosum)으로 알려진 경우에, 잘못된 수선 시스템으로 인해 자외선 조사로 인한 손상이 수선될 수 없다. 결과적으로 태양 빛에 노출은 피부와 눈에 심각한 손상으로 이어질 수 있고, 마찬가지로 피부 암의 위험도 크게 높아질 수 있다. 콕케인 증후군(Cockayne syndrome)을 가지고 태어난 아이는 조기에 노화가 진행되고 키가 작은 경우도 종종 있는데, 이는 부적절한 DNA 수선 때문이다. 모발유황이영양증(trichothiodystrophy)이라는 또 다른 경우는 머리가 잘 부서지고, 감염이 빈발하며, 발달이 늦다.

그리고 일련의 생화학적 유전적 실험을 통해서, UvrD가 RNA 중합효소에 직접적으로 연결되고, UvrD를 끌어당기는 활성(pulling activity)이 DNA 수선에 있어 필수적이라는 것이 확인되었다. 그리고, UvrD가 RNA 중합효소를 뒤로 끄는 것을 돕는 제2의 요인 NusA에 의존한다는 것을 시사하는 또 다른 실험 결과도 얻어졌다. 이들 두 파트너 NusA에 UvrD가 다른 DNA 수선 멤버 단백질들을 불러들여 노출된 DNA 트랙을 수선한 뒤에, 기차와 같이 중합효소가 그의 길을 계속 가도록 한다.

누들러 박사에 따르면, 이번 발견은 광범위 전사 (pervasive transcription)로 알려진 이상한 현상에 대한 정당성을 제공한다는데, 이 메커니즘은 분자 생물학에 있어 가장 이해하기 어렵고 논쟁거리인 주제 중 하나라고 한다. 그에 따르면 그 의문은 다음과 같다. RNA 중합효소는 왜 사람을 비롯한 다른 생물체의 유전체 대부분을 전사하여, DNA의 엄청난 부분을 RNA로 전환시키는가? 그렇게 만들어진 RNA 전사체 중 아주 작은 부분만이 필요한 상황임에도 RNA 중합효소의 그러한 활성은 에너지와 자원 낭비 아닌가 말이다.

이번 발견은 RNA 중합효소의 주요 기능이 DNA 손상에 대한 유전체의 순찰이라는 것을 의미한다고 한다. 이는 정상적인 4개의 염기로부터의 모든 이탈을 실질적으로 막기 위해서 염색체를 지속적으로 스캐닝할 수 있는 유일한 분자 기구라고 한다. 그리고, 끌기 인자(pulling factors) 및 그의 동료의 도움으로 어떠한 DNA 손상도 수선된다는 것이 이 효소의 지속적인 경계(vigilance)로 담보될 수 있다면, 이 중합효소의 광범위한 전사 활성은 그만한 가치가 있을 수도 있다는 것이다.  

출처 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-01/nlmc-mes010714.php / KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-01-10