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초저온전자현미경으로 암유발인자 구조 규명

2019.12.17 과학기술정보통신부

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초저온전자현미경으로 암유발인자 구조 규명

- 세포내 DNA 사슬 구조 조절에 관여하는 단백질의 구조와 작동기작 규명 -

□ 송지준 교수(한국과학기술원), 이자일 교수(울산과학기술원) 연구팀이 암세포에서 많이 생성되고 암의 예후를 악화시키는 것으로 알려진 단백질의 구조를 규명했다고 과학기술정보통신부(장관 최기영)는 밝혔다.

□ 한 사람이 가진 디엔에이(DNA) 사슬은 모두 풀어 연결하면 명왕성까지 닿을 정도로 매우 길어, 실패에 감긴 실처럼 히스톤^*이라 불리는 단백질을 중심으로 압축되어 작은 세포의 핵 속에 들어있다.

* 히스톤 : DNA와 결합해 응축된 유전체 구조를 형성하고, DNA의 활성을 조절하는 단백질

ㅇ 하지만 DNA의 유전정보를 복제하거나, 유전정보를 읽어 단백질을 만드는 등 필요시에는 실패 역할을 하는 히스톤 단백질을 조절, DNA 사슬을 느슨하게 또는 팽팽하게 조절하는 역동적인 과정이 일어난다.

□ DNA 사슬을 조절하는 과정에서 히스톤이 뭉치거나 DNA 사슬이 엉기게 되면 유전정보의 손실이나 무분별한 유전자 발현 등이 발생하여 발생학적 질환이나 암으로 이어질 수 있다.

ㅇ 이러한 과정이 올바르게 작동하도록 제어하는 단백질이 히스톤 샤페론^*이며, 연구진은 첨단장비를 이용하여 히스톤 샤페론 중 하나인 ATAD2^**의 분자구조와 작용 기전을 밝혀냈다.

* 히스톤의 뭉침이나 원하지 않는 DNA 사슬의 엉김을 막아주는 단백질

** 생체고분자 아데노신3인산(ATP; Adenosine TriPhosphate)을 아데노신2인산(ADP; Adenosine DiPhosphate)로 분해하는 단백질

ㅇ ATAD2는 여러 암세포에서 많이 발견되고ATAD2가 높게 발현된 종양은 악성이 높고 환자의 예후가 좋지 않아 이 단백질을 표적으로 하는 치료제 개발 임상연구가 활발히 진행되고 있었으나, 구조나 기능에 대한 기초 정보는 거의 알려진 바 없었다.

□ 연구팀은 먼저 단백질과 같은 생체분자를 자연적인 상태대로 볼 수 있는초저온 전자현미경을 이용해 ATAD2 단백질의 구조를 규명했다.

ㅇ ATAD2가 ATP를 ADP로 분해하며 생성되는 에너지를 이용하여 나선형(spiral) 구조에서 고리(planar ring) 구조로 변형 되는 것을 알아냈다.

□ 나아가 생체분자의 표면을 그려내는 고속원자힘현미경(AFM)을 이용해 ATAD2의 구조 변화 과정을 실시간으로 관찰했다.

ㅇ 고리 구조 중앙에 히스톤이 결합하며,이 결합이 ATAD2가 히스톤을 DNA에 전달하는 데 필수적인 역할을 하는 것을 실험적으로 입증했다.

□ 송지준 교수는 “본 연구는 초저온 전자현미경 등 첨단 생물리학적 기법을 통해 암 등의 질환과 관련된 히스톤 샤페론 단백질의 구조와 작용기전을 밝힌 것”이라며 “해당 단백질을 표적으로 하는 신약 후보 물질의 발굴을 가속화 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

ㅇ 과학기술정보통신부 중견연구지원사업 등의 지원(전문기관: 한국연구재단)으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’ 12월 17일자에 게재되었다.

※ 논문명 : Structural Basis of Nucleosome Assembly by the Abo1 AAA+ ATPase Histone Chaperone

※ 저자 : 송지준 교수(교신저자/한국과학기술원), 조수민 연구교수(교신 및 제1저자/한국과학기술원), 이자일 교수(교신저자/울산과학기술원), 장주원 박사과정 학생 (제1저자), 강유진 박사과정 학생 (공동저자,울산과학기술원)

“이 자료는 과학기술정보통신부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.”

<자료출처=정책브리핑 www.korea.kr>

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