- RNA ‘배송 표지’ m6A 인식해 신경세포 끝까지 운반

- RNA 분해 단백질 YTHDF2의 새로운 ‘운송 기능’ 규명

- 신경발달·퇴행성 뇌질환 ‘RNA 배송 오류’ 규명 기대

이번 연구를 수행한 KAIST 생명과학과 구본상(왼쪽부터), 황희선, 박민영 학생, 윤기준 교수.[KAIST 제공]
이번 연구를 수행한 KAIST 생명과학과 구본상(왼쪽부터), 황희선, 박민영 학생, 윤기준 교수.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 우리 뇌의 신경세포에서 필요한 RNA를 골라 세포 끝까지 정확하게 전달하는 새로운 ‘RNA 배송 시스템’의 작동 원리가 밝혀졌다.

KAIST는 생명과학과 윤기준 교수 연구팀이 RNA에 붙는 화학적 표지인 ‘m6A’가 특정 RNA를 신경세포의 긴 통로인 축삭 끝까지 운반하는 데 핵심 역할을 한다는 사실을 규명했다고 14일 밝혔다.

신경세포는 다른 세포와 달리 길게 뻗어 있는 독특한 구조를 갖는다. ‘축삭’은 다른 신경세포로 신호를 전달하는 통로다. 세포 중심에서 만들어진 RNA가 실제 필요한 곳은 멀리 떨어진 축삭 끝일 수 있다. 때문에 수많은 RNA 가운데 필요한 RNA를 골라 목적지까지 보내는 과정이 신경세포의 정상적인 성장과 기능에 중요하다.

연구팀은 이 과정에서 RNA에 붙는 화학적 변형인 m6A가 일종의 ‘배송 표지’ 역할을 한다는 사실을 확인했다.

RNA에 m6A를 붙이는 메틸화 효소가 제대로 작동하지 않도록 만든 생쥐를 분석한 결과, 신경세포에서 길게 뻗어나가는 신경돌기의 성장이 제대로 이뤄지지 않았다.

연구팀은 이어 ‘m6A-SAC-seq’ 기술을 활용해 생쥐 뇌에서 어떤 RNA의 어느 위치에 m6A가 붙어 있는지를 염기 하나 수준까지 분석한 고해상도 지도를 구축했다. 이를 통해 축삭 성장에 필요한 특정 RNA에도 m6A가 붙어 있다는 사실을 확인했다.

핵심은 이 ‘배송 표지’를 읽어내는 단백질이다.

연구팀은 ‘YTHDF2’ 단백질이 m6A가 붙은 RNA를 인식하고 ‘FMRP’, ‘KIF5C’ 등과 협력해 RNA가 신경세포 끝까지 이동하도록 돕는다는 사실을 밝혀냈다. m6A가 택배 상자의 ‘배송 표지’라면 YTHDF2는 이를 읽어내고, FMRP와 KIF5C는 목적지까지 이동시키는 운송 시스템 역할을 하는 셈이다.

m6A RNA 메틸화가 신경세포 내 RNA 수송과 축삭돌기 연결을 촉진하는 분자적 기전.[KAIST 제공]
m6A RNA 메틸화가 신경세포 내 RNA 수송과 축삭돌기 연결을 촉진하는 분자적 기전.[KAIST 제공]

특히 YTHDF2는 기존에는 주로 불필요한 RNA의 분해를 촉진하는 단백질로 알려져 있었다. 이번 연구에서는 RNA 분해뿐 아니라 필요한 RNA를 목적지까지 운반하는 역할도 수행한다는 새로운 기능이 확인됐다. 연구 결과에서도 YTHDF2와 FMRP가 결합한 복합체는 m6A가 붙은 RNA를 미세소관과 운동단백질에 연결해 신경돌기까지 이동시키는 것으로 나타났다.

연구팀은 현재 인간 신경세포와 환자 유래 유도만능줄기세포(iPSC), 뇌 오가노이드에서도 유사한 m6A 지도를 구축하고 있다. 이를 통해 정상적인 신경발달과 질환 상태에서 RNA 조절·수송 과정이 어떻게 달라지는지 비교할 계획이다.

향후 이번에 발견한 RNA 수송 시스템이 인간 신경세포에서도 동일하게 작동하는지 확인하고, 신경발달질환이나 퇴행성 뇌질환에서 어떤 변화가 나타나는지를 규명하는 것이 목표다. 특정 RNA의 수송만 선택적으로 조절하는 기술로 발전할 경우 새로운 뇌질환 치료 전략으로 이어질 가능성도 있다.

윤기준 교수는 “뇌질환에서 RNA가 필요한 곳까지 제대로 전달되지 않는 원인을 이해하고 새로운 치료 가능성을 연구하는 데 기초가 될 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com