우리나라에서 세계 최초로 마이크로RNA의 생성 조절 메카니즘을 규명해 화제다.

교육과학기술부(장관 안병만)는 26일 충북대학교 약학대학 이수재 교수가 일본 오사카대학 연구팀과 공동으로 모든 생명현상에 깊이 관여하는 마이크로RNA의 세포내 수송복합체 입체구조해석에 성공했다고 밝혔다.

이수재 교수는 13여년에 걸쳐 단백질 등의 핵-세포질 수송에 관여하는 수송인자에 대한 입체구조 연구를 수행해온 전문가다. 한국, 일본 및 영국 등에서 수행한 연구결과를 Nature 및 Science지 등에 발표한 바 있다.

이 교수 연구팀은 이번 연구에서 핵에서 만들어진 마이크로RNA의 전구체와 핵에서 세포질로 수송을 담당하는 단백질 Exp-5 및 수송조절 단백질인 Ran 등 세 가지의 생체거대분자의 복합체를 X-선 회절실험을 통해 입체구조를 얻어내는데 성공했다. 이로써 마이크로RNA가 핵에서 세포질로 안전하게 이동되는 과정이 밝혀졌다.

▲ 진핵세포의 핵 내에서 Exp-5(핑크색)과 Ran(보라색) 단백질복합체는 야구미트의 형태를 띠며 초록색으로 표시된 마이크로RNA 전구체를(pre-miRNA) 안전하게 감싸게 된다.

충북대 약대(이수재 교수)와 일본 오사카대학 단백질연구소(츠키하라 교수), 의과대학(요네다 교수)의 국제공동연구로 이루어진 이번 연구는 교육과학기술부가 추진하는 ‘지역거점연구단육성사업'의 하나인 ’충북BIT연구중심대학육성사업단‘ (단장 김남 충북대 교수)의 지원을 받아 수행됐다.

연구결과는 세계 최고 권위의 과학저널인 사이언스(Science)지 11월 27일자에 게재된다. 이수재 교수는 본 논문에서 공동교신저자 및 공동제1저자의 역할을 담당하면서 연구를 주도했다.

신약개발 응용연구 기틀 마련

마이크로RNA는 세포 내에서 다양한 유전자를 조절함으로써 세포의 분화, 성장 및 사멸 등 모든 생명 현상에 관여하는 것으로 알려져 있다. 마이크로RNA은 많은 수식과정을 거쳐서 성숙한 마이크로RNA가 되며, 핵과 세포질에서 각각 일어나는 수식과정을 완결짓기 위해서는 핵에서 세포질로 수송되는 과정이 필수적이다. 이 과정에 문제가 생겨 마이크로RNA의 양이 변화한다면, 암과 같은 질병이 발생할 수 있다.

그동안 마이크로RNA의 전구체가 핵에서 세포질로 수송되는 과정에 수송단백질 Exp-5와 수송조절단백질 Ran 복합체가 관련됐다는 것은 알려져 있었지만, Exp-5와 Ran 단백질 복합체가 핵 내에 존재하는 많은 종류의 RNA 중 어떻게 마이크로RNA 전구체를 특이적으로 인식하는지에 대해서는 알려진 바가 없었다.

▲ 마이크로RNA전구체의 복합체가 세포질에 도달하게 되면 Ran 단백질은 GDP형태로 변하면서 Exp-5에서 분리되며 마이크로RNA전구체도 자연스럽게 Exp-5로부터 떨어져 나와 다음 과정으로 들어가게 된다.

마이크로RNA 전구체, 핵→세포질 수송 과정을 원자수준서 이해

이번 연구에서 이 교수팀은 Exp-5와 Ran 복합체가 야구미트의 형태를 가지고 있어, 미트 내부의 핵 내에서 분해되기 쉬운 마이크로RNA 전구체를 미트 깊숙이 집어넣어 보호한다는 것을 밝혀냈다. 이로써 핵 내에 존재하는 RNA 분해효소에 의해 마이크로RNA 전구체가 분해되지 않고 안전하게 세포질로 수송시킬 수 있다.

위의 실험결과를 바탕으로, 핵-세포질 수송과정에서 특이적으로 각각의 마이크로RNA 전구체를 제어하는 방법을 개발한다면 암과 바이러스감염 및 유전적질환 등 마이크로RNA가 관련된 여러 질환의 치료제개발에 응용될 수 있을 것으로 보인다.

이수재 교수는 “이번 연구는 마이크로RNA 전구체가 핵에서 세포질로 수송되는 과정을 원자수준에서 이해하게 됨에 따라서 향후 많은 종류의 마이크로RNA를 핵-세포질 수송과정에서 제어할 수 있는 가능성을 열었으며, 이를 마이크로RNA 관련 질환연구에 응용할 수 있다”고 연구성과의 의의를 설명하였다.

▲ Exp-5:Ran:마이크로RNA 전구체, 3자의 복합체는 핵과 세포질을 연결하는 핵막공(Nuclear Pore Complex)를 통과하여 세포질에 도달하게 된다.