단일 분자 관측을 통한 전사 과정 규명. 전사효소가 붙는 DNA에 형광 표지자를 달고 단일 분자를 관측하여 전사 초기 과정의 움직임을 밝힐 수 있다. DNA 위에서의 걸음에 따라 그 움직임이 변화하는 과정을 확률 분포로 보여주고 있다.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 세포에 에너지를 공급하는 미토콘드리아의 DNA를 전사하는 효소의 새로운 움직임(백트래킹)이 발견됐다. 이번 발견은 미토콘드리아 유전자 발현의 핵심인 전사 전사과정을 이해하는 실마리로 작용될 전망이다.

울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 김하진 교수팀은 미토콘드리아의 DNA를 전사하는 효소(RNA 중합효소)가 ‘거꾸로 움직이는 현상’을 발견했다고 9일 밝혔다. 세포핵 전사에서는 이러한 움직임이 발견됐지만, 미토콘드리아 전사에서 중합효소의 백트래킹이 발견된 것은 처음이다. 핵 DNA 전사 중 발견된 백트래킹은 전사 진행 여부 및 오류를 점검하는 데 관여하는 것으로 알려져 있다.

DNA에 저장된 유전정보는 전사과정을 거쳐 단백질로 발현된다. 전사는 주로 세포핵에서 일어난다. 하지만 미토콘드리아도 자체 전사 시스템으로 자신의 유전정보가 담긴 RNA를 합성한다. 이를 통해 단백질을 만들고, 합성된 단백질을 이용해 ‘세포 에너지 공급책’ 역할을 수행한다. 때문에 미토콘드리아 전사 과정은 세포의 생명 유지나 노화와 직결된다. 이 전사 과정을 정확히 밝혀내면 전사 과정을 교란해 암세포를 죽이거나, 전사 과정에 이상이 생겨 발생하는 질병을 치료할 수 있다.

RNA 중합효소는 유전정보 원본인 DNA 가닥 위를 한 걸음씩 전진하면서 복사본인 RNA를 합성하는 효소다. 연구팀은 이 중합효소가 DNA 가닥에 붙어 생기는 복합체의 움직임을 분석한 결과 중합효소의 백트래킹을 암시하는 현상을 발견했다.

제1저자인 손병권 연구원은 “RNA 중합효소가 전사 처음 단계로 되돌아가는 행동과 함께 합성을 중단했다가 재개하는 행동을 보였는데, 분석 결과 이 움직임이 RNA 중합효소가 뒷걸음치는 백트래킹일 가능성이 높다”고 설명했다.

연구팀은 RNA 합성(중합)이 본격적인 연장 단계로 넘어가는 과정도 밝혔다. 합성을 시작하는 핵산(DNA 구성 단위) 위치를 +1이라 할 때 +8의 위치에서 연장 단계로 접어들고 안정적으로 RNA 사슬을 합성했다.

김하진 교수는 “이번 연구로 미토콘드리아 전사에서도 유사한 조절 매커니즘이 존재할 가능성이 높아졌다”며 “미토콘드리아 유전자 발현을 조절하는 전사 경로를 이해하고, 미토콘드리아 관련 유전 질환 치료제, 항암제 등을 개발하는데 도움을 줄 것”이라고 기대했다.

한국연구재단과 기초과학연구원(IBS)의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 8월 27자로 공개됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com