"줄기세포가 분화해 무엇이 될지, 사실상 RNA가 결정한다"

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전령RNA, 유전자 온·오프 후성유전 기제 제어미 콜로라도대 연구진, 저널 '네이처 유전학'에 논문

전령RNA, 유전자 온·오프 후성유전 기제 제어

미 콜로라도대 연구진, 저널 '네이처 유전학'에 논문

[미 NCI 홈페이지 캡처 / 재판매 및 DB 금지]

인간의 신체를 구성하는 모든 세포엔 동일한 유전체가 들어 있다.

각 세포의 유전체가 같은데도 눈의 기능은 피부나 뇌와 다르고, 줄기세포는 여러 다른 조직으로 분화한다.

이는 기관이나 조직에 따라 세포의 발현 유전자가 다르기 때문이다. 이런 일을 가능하게 하는 게 유전자 스위치를 온·오프 하는 후성유전 기제(epigenetic machinery)다.

그런데 전령RNA(messenger RNA)가 후성유전 기제와 유전자 사이의 가교 역할을 한다는 걸 미국 콜로라도대 볼더 캠퍼스 과학자들이 밝혀냈다. 사실상 후성유전적 유전자 온·오프를 제어하는 건 전령RNA였다.

전령RNA의 이런 작용에 문제가 생기면 예정된 프로그램대로 분화한 줄기세포도 제 기능을 하지 못했다.

장차 이 발견은 암이나 심장 이상 등의 RNA 표적 치료법 개발로 이어질 수 있어 주목된다.

관련 논문은 7일(현지시간) 저널 '네이처 유전학(Nature Genetics)'에 실렸다.

논문의 공동 수석저자를 맡은 토머스 체크 화학 생화학 교수는 "세포의 모든 유전자가 항상 켜져 있는 건 아니고, 신체 조직별로 어느 유전자를 켜고 끌지 결정하는 독자적인 후성유전 프로그램이 있다"라면서 "후성 유전적 유전자 침묵을 제어하는 마스터키를 RNA가 갖고 있고, RNA가 없으면 시스템도 작동하지 않는다는 걸 상세히 확인했다"라고 말했다.

체크 교수는 RNA의 촉매 작용을 발견한 공로로 1989년 노벨 화학상을 받았다.

RNA의 이런 역할에 처음 주목한 사람은 이번 연구에 공동 수석저자로 참여한 같은 대학의 존 린 생화학 교수다.

린 교수는 2006년 저널 '셀(Cell)'에 발표한 기념비적 논문에서, 세포핵 안의 RNA가 PRC 2라는 '접힌 단백질 복합체(folded cluster of proteins)에 달라붙는다는 걸 입증했다. PRC 2는 유전자 발현을 조절하는 것으로 알려져 있다.

그 후 많은 연구를 통해 린 교수의 발견이 재확인됐고, RNA 유형에 따라 작용 대상의 단백질 복합체도 달라진다는 게 확인됐다.

지금까지 이 주제를 다룬 논문이 500건을 넘지만, 최종 결론은 크게 엇갈린다.

세포의 운명을 결정하는 핵심으로 RNA를 지목한 논문이 있는가 하면, 별로 관계가 없다는 것도 있다.

체크 교수팀은 2015년부터 이 문제를 본격적으로 파고들었다.

함께 공동 제1 저자를 맡은, 체크 교수 랩(실험실)의 이청 룽(Yicheng Long) 박사후연구원과 린 교수 랩의 계산생물학자 황태영(Taeyoung Hwang) 연구원이 주도적 역할을 했다.

이들은 효소로 세포의 RNA를 완전히 제거한 뒤 후성유전 메커니즘이 DNA의 유전자 침묵에 관여하는지 관찰했다. 결과는 그렇지 않은 것으로 나왔다.

룽 연구원은 "공항 관제사가 항공기 착륙을 통제하듯이 RNA는 단백질 복합체를 DNA의 정확한 위치로 유도해 유전자를 침묵하게 하는 것 같다"라고 설명했다.

비밀의 문은 유전자 편집으로 배양한 줄기세포 실험에서 열렸다.

연구팀은 크리스퍼(CRISPR) 편집 기술로 심장근육 세포가 되게 프로그램된 줄기세포주를 만들었다. 하지만 PRC 2 단백질 복합체가 RNA와 결합하지 못했다. 항공기에 비유하면 공항 관제탑과의 교신이 끊어져 길을 잃고 헤매게 된 것이다.