"인산화된 '복제단백질 A'로 DNA 복제 스트레스 정상화"
UNIST 공동연구팀, 칼만 증후군 등 각종 질병치료 발판 마련

[연구진] 윗줄 왼쪽부터 최장현 교수, 제 1저자 한예지 연구원, 아랫줄 왼쪽부터 김홍태 교수, 제 1저자 강유진 연구원, 이자일 교수. UNIST 제공

울산과학기술원(UNIST)은 뇌에서 활동하는 단백질에 의해 DNA 복제가 멈췄을 때 이를 해결할 수 있는 실마리를 발견했다고 13일 밝혔다.

UNIST에 따르면 생명과학과 이자일·김홍태·최장현 교수팀은 NSMF 단백질이 'DNA 복제 스트레스' 상황에 있을 때 발생하는 문제점들을 해결하는 작용 과정을 규명했다.

DNA는 복제를 통해 유전 정보를 다음 세대로 전달하는데, 이는 생명 활동의 가장 근본적이고 핵심적인 과정이다.

DNA 복제가 방해받는 모든 과정을 DNA 복제 스트레스라고 하는데, 이것이 해소되지 않으면 암, 신경 질환, 노화 등이 유발된다고 알려져 있다.

그림. DNA 복제 스트레스에서 NSMF에 의한 ATR의 RPA 인산화 증가에 대한 모식도. DNA 복제 스트레스가 발생하면 DNA 복제가 멈추고 단일나선 DNA가 형성된다. 이때 많은 RPA들이 약한 결합 형태로 단일나선 DNA에 결합한다. NSMF는 약한 형태로 결합된 RPA를 떨어뜨리고, 남아있는 RPA들을 강한 결합 형태로 바꿔준다. 그리고 강한 형태로 바뀐 RPA는 ATR에 의해서 인산화가 이루어져 ,DNA 복제 스트레스를 해소하는 단백질들을 멈춰진 DNA 복제 부위로 모아서 DNA 복제 스트레스를 빠르게 해소한다. UNIST 제공

NSMF 단백질은 주로 뇌에서 활동하며 성장·생식호르몬 분비, 후각 관련 신경세포 발달과 움직임 등에 관여한다.

이 단백질이 정상적으로 작동하지 못하면 생식 기능 저하나 후각 기능 상실을 동반한 칼만 증후군 같은 희귀성 질환에 걸릴 수 있다.

연구팀은 DNA 복제 스트레스를 해소하기 위해 NSMF 단백질에 주목했다. DNA 복제 스트레스에 의해 복제가 멈춘 단백질은 DNA 구조가 이중나선에서 단일나선으로 풀리게 된다. 이렇게 형성된 단일나선 DNA에 '복제단백질 A'라는 단백질이 특이적으로 결합한다.

복제단백질 A는 인과 산소로 이뤄진 인산기가 화학적으로 붙는 인산화 과정을 거치는데, 인산화된 복제단백질 A는 복제 스트레스를 해소하는 단백질들을 복제가 중단된 곳으로 불러들여 정상적인 활동을 하도록 한다고 연구팀은 설명했다.

또 NSMF 단백질은 단일나선 DNA에 약한 형태로 결합한 복제단백질 A 일부를 떨어뜨리고 남은 단백질을 강한 형태로 바꾼다. 특히 인산화 단백질인 ATR은 강하게 결합한 단백질만을 인산화시키기 때문에 NSMF에 의해 강한 형태로 변한 복제단백질 A로 인해 인산화가 빠르게 증폭된다.

연구팀은 이러한 작용 원리로 DNA 복제 스트레스가 보다 빨리 해소된다는 사실을 확인했다.

이자일 교수는 "DNA 복제 해소와 관련한 분자 기전을 규명해 암, 신경 질환, 노화 관련 질병 치료에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구는 DNA, RNA 등 핵산 관련 국제 학술지인 '핵산 연구'(Nucleic Acids Research) 6월 28일 자에 온라인으로 공개됐다.

송현수 기자 songh@busan.com