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생공연, DNA 복구 新단백질효소 'UdgX' 규명

입력 2019-05-21 12:00 수정 2019-05-21 12:00

바이오스펙테이터 장종원 기자

비결핵항산균서 발견한 'UdgX' DNA내 우라실 염기와 결합..Nature Chemical Biology에 게재

국내 연구진이 세포 내에서 돌연변이 DNA를 복구하는 효소(UDG; Uracil-DNA Glycosylase) 중 특이한 활성을 보이는 신규 단백질 효소(UdgX)의 기능을 규명했다. 아직 규명되지 않은 새로운 DNA 복구 시스템의 존재를 시사하는 것이라는 점에서 주목할 만하다.

한국생명공학연구원은 UdgX라는 새로운 종류의 UDG 단백질 효소 기능을 규명한 우의전 질환표적구조연구센터 박사팀(교신저자: 우의전/Umesh Varshney 박사, 제1저자: 안우찬 박사과정)의 연구가 Nature Chemical Biology 온라인판에 게재됐다고 21일 밝혔다. (논문명 : Covalent binding of uracil DNA glycosylase UdgX to abasic DNA upon uracil excision)

UDG 단백질 효소는 유전자 내 돌연변이 발생을 방지하는 효소로 DNA 내에서 빈번하게 발생하는 주요 염기의 변이를 인식하고 제거한다. 구체적으로 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. 사람에게 존재하는 UDG의 경우에는 하루에 1만 개의 변이를 복구하는 것으로 알려져 있다.

세포 내에서 돌연변이 DNA를 복구하는 UDG 효소의 일반적인 기능과는 달리 연구팀은 비결핵항산균(Mycobacterium smegmatis 종)에서 발견한 ‘UdgX’ 라는 단백질이 DNA내 우라실 염기를 인식하고 강력한 공유 결합을 형성하는 것을 확인했다. 이는 기존에 알려진 UDG 효소의 우라실을 인식해 제거한 후 분리되는 특성과 차이가 있다.

연구팀은 UdgX의 이러한 기능적 특성을 확인하기 위해 단백질 결정학을 통해 UdgX 단백질의 분자수준의 구조를 규명했고 질량 분석 기술을 통해 UdgX의 109번 히스티딘이 DNA와 공유결합을 형성하고 있는 것을 확인했다. 또한 추가적인 돌연변이 실험을 통해 109번 히스티딘과 DNA 간의 공유결합을 증명했다.

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.

또한 “이러한 신규 기능의 단백질은 향후 돌연변이로 유발되는 암세포의 치료 연구 및 ‘크리스퍼 염기교정 유전자가위(Base Editor)’로 응용될 수 있을 것이다”고 덧붙였다.

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