뉴시스  [파이낸셜뉴스] 피부노화와 암의 원인이 되는 손상된 DNA 염기쌍만을 빠르게 찾아내 복구하는 경로가 새롭게 밝혀졌다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 이자일 교수팀은 ‘NER’라는 DNA 복구 경로에서 손상된 부위를 찾아내는 두 단백질이 기존에 알려진 ‘순차적 전달’ 관계가 아닌 ‘협력적 복합체’ 형태로 작동한다는 사실을 규명해냈다고 3일 밝혔다. NER은 자외선 때문에 생긴 CPD라는 손상 구조를 잘라내는 복구 경로다. DNA는 약 30억 개의 염기쌍으로 이뤄져 있어, 손상 부위를 얼마나 빠르게 찾아내느냐가 복구 효율을 좌우한다. 구조 변화를 감지하는 XPC 단백질을 가동해 손상 부위를 찾아내는데, CPD 손상은 비틀림이 크지 않아 XPC 단독으로는 인식이 어렵다. 이때 손상 인식을 돕는 것이 UV-DDB라는 단백질이다. 이번 연구에서는 두 단백질이 복합체(UX-complex)를 형성해 공동으로 DNA를 탐색하고, XPC가 UV-DDB의 결합력과 탐색 효율을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 두 단백질이 복합체를 이룬 경우 UV-DDB는 DNA 가닥에 더 잘 달라붙고, 가닥을 미끄러지듯 따라 이동하며 손상 부위를 더 효과적으로 찾아내는 것으로 확인됐다. 이자일 교수는 “자외선 손상을 인식하는 두 단백질이 서로 협력해 더 빠르게 손상을 찾아내고 NER 과정을 촉진한다는 점을 밝혀냈다”며, “이는 분자생물학 교과서에 실린 NER 작동 원리를 새로 써야 할 만큼 의미 있는 결과로, 자외선에 의한 피부 손상·노화뿐 아니라 색소건피증과 피부암의 예방과 치료 전략 마련에도 도움이 될 것”이라고 말했다. 한편, 색소건피증(Xeroderma Pigmentosum)은 XPC 단백질을 만드는 유전자의 결함으로 발생하는 질환으로, 이를 앓을 경우 피부암 유병률이 일반인보다 수백~수천 배 높다. 이번 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘뉴클레익 에시드 리서치(Nucleic Acid Research, IF: 16.6)’에 6월 18일 온라인 게재됐다. jiany@fnnews.com 연지안 기자

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST) 생명과학부 이광록 교수팀이 몸 속 손상된 DNA가 복구될때 핵심 효소의 작동원리를 밝혀냈다. 이광록 교수는 10일 "향후 이 원리를 이용해 암 치료나 노화억제, 유전병 등의 신약개발에 활용될 것"이라고 말했다. 우리 몸에 있는 DNA는 여러 이유로 손상을 입는다. 하지만 우리 몸은 DNA 복구 시스템이 작동해 DNA 상태를 원래 상태로 되돌린다. DNA가 제대로 복구 되지않고 손상이 많아지면 노화와 암, 유전병을 일으킨다. 하지만 DNA 복구와 관련된 핵심 효소의 작동원리는 아직까지 잘 알려지지 않았다. 이광록 교수팀은 이번 연구를 통해 DNA 복구과정에서 핵심기능을 하는 아푸린(AP) 핵산분해효소의 두 가지의 활성 즉, 내부절단 핵산분해활성과 외부절단 핵산분해활성을 결정하는 작동원리를 단일 아미노산 잔여물 수준에서 밝혀냈다. AP 핵산분해효소는 암 치료에 있어서 가장 주목받고 있는 효소 중 하나다. 많은 암 환자에서 이 효소의 돌연변이가 발견됐고, 암 초기에 이 효소가 많이 나타나고 있어 조기에 암을 발견할 수 있는 지표로 사용되고 있다. 연구진은 AP 핵산 분해효소를 가지고 부위 특이적 변이유도 방법과 단일분자 형광 FRET 관찰기술을 이용했다. 그결과 DNA 속 AP 핵산분해효소의 213번째 트립토판과 213번째 페닐알라닌이 AP 자리와 π-상호 작용을 통해 AP 내부핵산분해 활성을 갖는 것을 알아냈다. 또한 213번째 페닐알라닌은 AP 내부핵산분해 활성에 참여할 뿐만 아니라 분해된 DNA 말단을 안정화시켜 외부핵산분해 활성 촉매가 일어날 수 있는 구조를 유지했다. 연구진은 "외부핵산분해 활성을 나타내기 위해서는 효소의 90번째 아르기닌, 109번째 티로신, 121번째 리신과 153번째 아스파라긴 잔기들이 DNA의 인산기와 상호작용해 DNA 나선구조를 안정화시켜야 한다"고 설명했다. 이번 연구는 생화학&분자생물학분야의 세계적 학술지 '핵산 연구(Nucleic Acids Research)'에 지난 7일 발표됐다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 세포 내에서 돌연변이 DNA를 복구하는 효소(UDG; Uracil-DNA Glycosylase) 중 특이한 활성을 보이는 신규 단백질 효소(UdgX)의 기능을 규명했다. 이는 아직 규명되지 않은 새로운 DNA 복구 시스템의 존재를 시사하며, 관련 연구를 통한 암 치료 및 단백질 공학 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 한국생명공학연구원(원장 김장성) 질환표적구조연구센터 우의전 박사팀(교신저자: 우의전/Umesh Varshney 박사, 제1저자: 안우찬 박사과정)이 수행한 이번 연구는 한국생명공학연구원의 주요사업 지원으로 수행되었고, 생물학 분야의 세계적 저널인 Nature Chemical Biology지 5월 17일자(한국시각 5월 18일) 온라인 판에 게재되었다. UDG 단백질 효소는 유전자 내 돌연변이 발생을 방지하는 효소로, DNA 내에서 빈번하게 발생하는 주요 염기의 변이*를 인식하고 제거한다. DNA와 RNA를 구성하는 염기는 퓨린 염기와 피리미딘 염기로 나뉘는데, 피리미딘 염기는 사이토신(cytosine)과 티민(thymine), 우라실(uracil)의 세 가지가 존재한다. 이때 UDG 효소는 사이토신(cytosine)으로부터 우라실(uracil)로 변이할 때 이를 인식하고 제거한다. DNA는 유전정보를 전달하는 매개체이며, 환경적인 요인에 의해서 지속적인 공격을 받아 돌연변이가 발생하기 때문에, DNA 내 돌연변이 발생을 방지하는 것은 기본적인 생명유지에 필수적인 방어 수단이다. DNA의 형태로 유전정보를 저장하는 모든 생명체는 돌연변이를 인식해 복구하는 시스템을 필수적으로 지니고 있으며, UDG는 유전자 복구 시스템에 관여하는 효소로서, 모든 생물체가 이 단백질을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다. 세포 내에서 돌연변이 DNA를 복구하는 UDG 효소의 일반적인 기능과는 달리, 연구팀은 미생물로부터 발견한 ‘UdgX’ 라는 단백질이 우라실 염기에 안정적 공유결합을 이루는 기능이 있음을 밝혔다. 인도와 공동 연구를 수행중인 연구팀은 비결핵항산균(Mycobacterium smegmatis 종)에서 신규 UDG 단백질의 한 종류인 UdgX 단백질을 새롭게 찾아냈으며, 이 단백질이 DNA내 우라실 염기를 인식하고 강력한 공유 결합을 형성한다는 것을 실험을 통해 확인했다. 연구책임자인 우의전 박사는 “이번 연구를 통해 UDG 효소 계열의 보고되지 않은 신규 활성을 가진 UdgX의 분자적 구조를 규명하고 독특한 생화학적 메커니즘 제시한 것”이라며, “이러한 결과는 세포의 유전자 복구 기작에 있어 이전에 알려지지 않은 새로운 경로가 존재할 가능성을 제시했다”고 말했다. 또 “이러한 신규 기능의 단백질은 향후 돌연변이로 유발되는 암세포의 치료 연구 및 ‘크리스퍼 염기교정 유전자가위(Base Editor)’로 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. seokjang@fnnews.com 조석장 기자

성균관대 이창우 교수와 아주대 조혜성 교수 연구팀이 생체 내 유전자의 손상을 인식하고 복구하는 조절 시스템을 발견했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)이 16일 밝혔다. 다양한 환경 및 생체 내부 요인에 의해 DNA가 손상되면 이를 인식하고 복구해주는 일련의 시스템이 작동된다. 손상된 유전자를 복구하는 일은 암을 비롯한 각종 질병의 억제에서 매우 중요하다. 손상된 DNA의 복구 과정을 규명한 3명의 과학자에게 지난 2015년 노벨화학상이 수여되면서, 이 연구주제의 중요성이 인정받고 있다. 연구팀은 DNA 이중가닥이 끊어졌을 때 이를 인지해 복구되도록 촉진하는, ‘펠리노1(Pellino1)’ 단백질의 작용을 규명했다. 펠리노1은 기존에 면역, 암 형성에서 중요한 역할을 한다고 알려져 있었다. 이 연구를 통해 펠리노1이 유전자의 복구 과정에서 상위 조절자 역할을 한다는 것이 밝혀졌다. 펠리노1이 결손된 경우에는 유전체의 항상성이 급격하게 훼손되었다. DNA가 손상되면 펠리노1이 손상 부위로 이동하고, DNA를 복구하는 ‘ATM-MRN’이라는 단백질 복합체가 펠리노1에 의해 활성화된다. 또 펠리노1은 손상 DNA가 상동 유전자와 결합하도록 촉진한다. 이로써 유전자 복구가 원활히 이루어진다. 이창우 교수는 “이번 연구는 DNA 손상과 직접 연관된 유전질환, 면역질환, 암, 대사질환 등 다양한 질병의 원인을 새로운 관점에서 이해하는 중요한 성과”라며, “향후 이들의 치료제를 개발하는 데 기반이 될 것이다”라고 연구 의의를 설명했다. 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 방사선기술개발사업과 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었다. 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4월 5일 게재되었다. seokjang@fnnews.com 조석장 기자

 ▲ 노벨 화학상노벨 화학상 2015년 노벨 화학상은 DNA 손상을 복구하는 메커니즘을 연구한 과학자들이 차지했다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 7일 노벨 화학상 수상자로 토마스 린달 영국 암연구소 명예수석연구원, 폴 모드리치 미국 듀크대 교수, 아지즈 산자르 미국 노스캐롤라이나 의대교수 등 3명을 선정했다고 밝혔다. 노벨위원회는 “이들 3명의 과학자는 세포가 손상된 DNA를 복구하면서 유전자 정보를 보호하는 메커니즘을 발견함으로써 새로운 암 치료 방법을 개발하는 데 도움을 줬다”며 공로를 높이 평가했다. 이번 화학상 수상자들에게는 상금 800만 크로네(약 11억 1900만원)가 주어지는데 공헌도에 따라 똑같이 약 266만 크로네씩 주어질 예정이다. 노벨위원회는 8일 문학상, 9일 평화상, 12일 경제학상 수상자를 차례로 발표한다. 노벨 화학상 소식에 누리꾼들은 "노벨 화학상, 대단하네." "노벨 화학상, 상금이 어마어마하네." "노벨 화학상, 멋있네." 등의 반응을 보였다. /news@fnnews.com 온라인편집부

 ▲ 노벨 화학상노벨 화학상 2015년 노벨 화학상은 DNA 손상을 복구하는 메커니즘을 연구한 과학자들에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 7일 노벨 화학상 수상자로 토마스 린달 영국 암연구소 명예수석연구원, 폴 모드리치 미국 듀크대 교수, 아지즈 산자르 미국 노스캐롤라이나 의대교수 등 3명을 선정했다고 밝혔다. 노벨위원회는 “이들 3명의 과학자는 세포가 손상된 DNA를 복구하면서 유전자 정보를 보호하는 메커니즘을 발견함으로써 새로운 암 치료 방법을 개발하는 데 도움을 줬다”며 공로를 높이 평가했다. 이번 화학상 수상자들에게는 상금 800만 크로네(약 11억 1900만원)가 주어지는데 공헌도에 따라 똑같이 약 266만 크로네씩 주어질 예정이다. 노벨위원회는 8일 문학상, 9일 평화상, 12일 경제학상 수상자를 차례로 발표한다. 노벨 화학상 소식에 누리꾼들은 “노벨 화학상, 대박이다.” “노벨 화학상, 멋있네.” “노벨 화학상, 축하합니다.” 등의 반응을 보였다. /news@fnnews.com 온라인편집부

왼쪽부터 토마스 린달, 폴 모드리치, 아지즈 산자르 올해 노벨화학상은 손상된 DNA(유전자)가 스스로 복구되는 원리를 밝힌 스웨덴, 미국, 터키 출신의 학자 3명에게 돌아갔다. 이들은 각각 유전적 요인이나 노화, 질병 등으로 인해 유전자가 어떻게 손상되고 복구될 수 있는지 등을 규명, 새로운 암 치료법 개발의 가능성을 열었다는 점에서 높은 평가를 받았다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 7일(현지시간) 토마스 린달 영국 프랜시스크릭연구소 명예교수(77.스웨덴), 폴 모드리치 미국 듀크대 의과대학 교수(69.미국), 아지즈 산자르 미국 노스캐롤라이나대 교수(69.터키-미국 이중국적)를 노벨화학상 수상자로 발표했다. 이들은 인체 유전자가 해체되지 않는 것은 분자 시스템 차원에서 DNA를 지속적으로 추적.관찰하고 복구하는 메커니즘 때문이라는 것을 규명했다. 왕립과학원은 "이들의 연구는 세포가 손상된 DNA를 어떻게 복구하고 유전자 정보를 보호하는지를 분자 수준에서 밝혀냈다"고 밝혔다. 우선 린달 교수는 '염기 절제 복구(base excision repair)' 연구를 통해 DNA가 굉장히 안정적인 분자라고 여겼던 과학계의 통념을 깨뜨렸다. 또한 그는 DNA가 일정한 정도로 붕괴되고 그에 대한 지속적인 대응반응이 일어난다는 사실을 발견했다. 모드리치 교수는 세포 분열 과정에서 DNA가 복제될 때 일어나는 손상을 세포가 어떻게 극복해내는지 입증했다. 이른바 '부정합 복구(mismatch repair)로 불리는 이 메커니즘은 DNA 복제 과정에서 발생할 수 있는 결함의 빈도를 낮춰준다. 또한 이 메커니즘에 대한 선천적 결함이 대장암 등의 원인이 된다는 사실도 그의 연구를 통해 확인됐다. 산자르 교수는 '뉴클리오타이드 절제 복구(nucleotide excision repair)' 연구를 통해 세포가 자외선에 의해 입은 손상을 복구하는 메커니즘을 밝혀냈다. 산자르 교수는 또 태어나면서부터 이러한 복구 시스템에 결함이 있는 사람이 햇빛에 노출되면 피부암에 걸릴 수 있다는 점을 입증했으며, 특정 세포가 돌연변이 유발 물질로 생긴 결함을 뉴클리오타이드 절제 복구를 통해 없앤다는 점도 확인했다. 왕립과학원은 "이들 수상자는 그동안의 연구를 통해 살아있는 세포 기능에 대한 지식을 제공했다"며 "새로운 암 치료법 개발의 길이 열렸다"고 평가했다. 이와 관련, 조규봉 서강대 화학과 교수는 "몸속의 효소들은 DNA를 탐색하다가 툭 튀어나와 있거나 문제로 여겨지는 부분을 비틀어 뜯어내는 방식으로 DNA를 복구한다"며 "여러 가지 DNA 복구방식 중 대표적인 메커니즘을 찾아낸 성과"라고 설명했다. 수상자들은 상금 800만크로나(약 11억2000만원)를 나눠가지게 되며, 시상식은 창시자 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름과 노르웨이 오슬로에서 열린다. elikim@fnnews.com 김미희 기자

올해 노벨화학상은 손상된 DNA(유전자)가 스스로 복구되는 원리를 밝힌 스웨덴, 미국, 터키 출신의 학자 3명에게 돌아갔다. 이들은 각각 유전적 요인이나 노화, 질병 등으로 인해 유전자가 어떻게 손상되고 복구될 수 있는지 등을 규명, 새로운 암 치료법 개발의 가능성을 열었다는 점에서 높은 평가를 받았다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 7일(현지시간) 토마스 린달 영국 프랜시스크릭연구소 명예교수(77·스웨덴), 폴 모드리치 미국 듀크대 의과대학 교수(69·미국), 아지즈 산자르 노스캐롤라이나대 교수(69·터키, 미국 이중국적)를 노벨화학상 수상자로 발표했다. 이들은 인체 유전자가 해체되지 않는 것은 분자 시스템 차원에서 DNA를 지속적으로 추적·관찰하고 복구하는 메커니즘 때문이라는 것을 규명했다. 왕립과학원은 "이들의 연구는 세포가 손상된 DNA를 어떻게 복구하고 유전자 정보를 보호하는지를 분자 수준에서 밝혀냈다"고 밝혔다. 우선 린달 교수는 '염기 절제 복구(base excision repair)' 연구를 통해 DNA가 굉장히 안정적인 분자라고 여겼던 과학계의 통념을 깨뜨렸다. 또한 그는 DNA가 일정한 정도로 붕괴되고 그에 대한 지속적인 대응 반응이 일어난다는 사실을 발견했다. 모드리치 교수는 세포 분열 과정에서 DNA가 복제될 때 일어나는 손상을 세포가 어떻게 극복해내는지 입증했다. 이른바 '부정합 복구(mismatch repair)로 불리는 이 메커니즘은 DNA복제 과정에서 발생할 수 있는 결함의 빈도를 낮춰준다. 또한 이 메커니즘에 대한 선천적 결함이 대장암 등의 원인이 된다는 사실도 그의 연구를 통해 확인됐다. 산자르 교수는 '뉴클리오타이드 절제 복구(nucleotide excision repair)' 연구를 통해 세포가 자외선에 의해 입은 손상을 복구하는 메커니즘을 밝혀냈다. 산자르 교수는 또 태어나면서부터 이러한 복구 시스템에 결함이 있는 사람이 햇빛에 노출되면 피부암에 걸릴 수 있다는 점을 입증했으며, 특정 세포가 돌연변이 유발 물질로 생긴 결함을 뉴클리오타이드 절제복구를 통해 없앤다는 점도 확인했다. 왕립과학원은 "이들 수상자는 그동안의 연구를 통해 살아있는 세포 기능에 대한 지식을 제공했다"며 "새로운 암 치료법 개발의 길이 열렸다"고 평가했다. 이와 관련 조규봉 서강대 화학과 교수는 "몸속의 효소들은 DNA를 탐색하다가 툭 튀어나와 있거나 문제로 여겨지는 부분을 비틀어 뜯어내는 방식으로 DNA를 복구한다"며 "여러가지 DNA 복구 방식 중 대표적인 메커니즘을 찾아낸 성과"라고 설명했다. 수상자들은 상금 800만 크로나(약 11억2000만원)를 나눠가지게 되며, 시상식은 창시자 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름과 노르웨이 오슬로에서 열린다. elikim@fnnews.com 김미희 기자

국내 연구진이 세포분열 과정에서 손상된 DNA 이중가닥 절단을 복구하는 단백질의 작용기전을 밝혀냈다. 이에 따라 DNA 손상으로 인한 유전질환이나 암 등의 진단이나 치료방법 연구에 기여할 것으로 기대된다. 미래창조과학부와 한국연구재단에 따르면 중앙대 생명과학과 김근필 교수 연구팀은 DNA 이중가닥 절단을 복구할 때 체세포와 생식세포에서 서로 다른 단백질이 핵심역할을 하는 것을 규명했다고 25일 밝혔다. 유전자 재조합은 유전정보를 섞어 생명체의 다양성을 확보하고, DNA 손상을 복구해 유전적 안정성을 보장하기 위해 필요한 과정이다. 특히 세포분열시 일어나는 DNA 이중가닥 절단이 제대로 복구되지 않으면 암세포가 되거나 세포사멸로 이어질 수 있다. 때문에 이 같은 절단을 복구하기 위한 재조합 기전에 대한 이해는 관련 질병이해의 토대가 된다. 연구팀은 세포분열 과정에서 일어난 DNA이중가닥절단을 복구할 때 체세포에는 'Rad51'이라는 단백질이, 생식세포 분열과정에서는 'Dmc1'이라는 단백질이 각각 핵심 구실을 한다는 것을 알아냈다. 절단부위를 메우기 위해 상보적인 염기를 이어나갈 때 주형가닥을 선택하는 역할을 서로 다른 단백질이 한다는 것이다. 인간을 비롯한 대부분 생명체의 유전자 재조합 기전이 유사해 이러한 가닥 침투와 주형가닥 선택과정에 대한 이해는 유방암 원인유전자가 Rad51의 주형 가닥 선택 기전에 미치는 영향 등 전반적인 유전자 재조합 관련 연구에 기여할 것으로 보인다. 김근필 교수는 "이번 연구로 수십 년간 궁금증으로 남아있던 체세포와 생식세포분열 특이적 유전자 재조합 기전의 명확한 과정을 제시했다"면서 "이는 궁극적으로 암초기 발생 원인에 대한 과정이나 다운증후군 등 염색체 이상 질환의 원인을 이해하는데 도움이 될 것"이라고 밝혔다. 한편 중앙대 김근필 교수가 홍수길 박사과정 연구원 등이 수행한 이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 생명과학분야 학술지 셀(Cell)의 자매지인 '몰레큘라 셀'(Molecular Cell)지 22일자 온라인 판에 게재됐다. jhpark@fnnews.com 박지현 기자

DNA 염기쌍 오류 복구에 관련된 근본적인 질문 중 하나인 ‘DNA 효소들이 어떻게 특정 위치를 찾아내고 그 신호를 전달하는지’에 대한 해답이 물리학과 생화학의 융합연구로 밝혀졌다. 포스텍(포항공과대학교) 이종봉 교수, 정철현 박사 및 반창일 교수 연구팀, 미국 오하이오주립대 리처드 피셸 교수 연구팀이 함께 참여한 이번 연구 결과는 세계 최고 권위의 과학전문지 ‘네이처’의 자매지 ‘네이처 스트럭처럴 몰레큘러 바이올로지’ 온라인 속보로 30일자에 게재됐다. DNA를 복제하거나 재조합할 때 DNA에서 염기쌍 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류가 누적되면 돌연변이가 생겨 세포의 기능에 심각한 문제를 일으키고 심지어 암세포가 발생하기도 한다. 우리 몸에는 이러한 DNA 오류를 자동적으로 복구하는 시스템이 존재한다. 연구팀은 DNA와 DNA 오류 복구에 참여하는 단백질 간의 상호작용과 단백질의 움직임을 물리학적 연구·분석 방법과 생화학적 조작을 통해 나노미터(10억분의 1m) 수준에서 실시간으로 관측하는 데 성공했다. 이 교수는 “이번 연구는 물리학과 생화학의 융합연구를 토대로 그동안 해결하지 못했던 DNA 염기쌍 오류 복구 메커니즘을 단일분자 수준에서 밝힐 수 있는 방법을 제시한 것으로 의미가 있다”며 “생체 내에서 DNA 염기쌍 오류 복구의 실패는 유전성 대장·직장암, 유방·난소 종양 등의 질병을 일으키므로 DNA 오류 복구 메커니즘을 이해하는 것은 해당 질병을 근본적으로 치료하는 데 공헌할 것으로 기대한다”고 말했다. /kueigo@fnnews.com김태호기자