표적유전자 예측 정확도 ↑ … 마이크로RNA로 실마리 찾아내
표적유전자 예측 정확도 ↑ … 마이크로RNA로 실마리 찾아내
남진우·황정욱 교수 연구팀, 마이크로RNA 유전자 조절기전 규명

“질병 타겟 유전자 발굴 및 질병 기전 이해연구에 활용될 수 있을 것”
  • 박정식 기자
  • 승인 2019.09.23 12:00
  • 댓글 0
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[헬스코리아뉴스 / 박정식 기자] 국내 연구진이 마이크로RNA 표적유전자 예측의 정확도를 높일 수 있는 실마리를 찾아냈다.

한양대학교 남진우·황정욱 교수 연구팀은 23일 마이크로RNA에 의한 유전자 조절기전을 규명했다.

연구팀이 초병렬 서열분석 등을 통해 메신저RNA의 품질관리단백질(UPF1)과 마이크로RNA가 협력하는 새로운 유전자 조절기전(이하 UMD라 명명)을 규명함에 따라 다양한 질병 타겟 유전자를 발굴하는 것은 물론 질병 기전을 이해하는 연구에 활용될 수 있을 전망이다.

연구팀에 따르면 마이크로RNA는 유전정보가 담긴 DNA로부터 생성된다. 마이크로RNA는 생명현상을 구동하는 단백질을 만드는 주형이 되는 메신저RNA를 분해함으로써 세포의 증식과 분화, 사멸을 조절한다.

약 2000여 종의 마이크로RNA가 존재하며 각각 수백 개에서 수천 개의 메신저RNA를 표적한다. 이러다보니 일일이 실험적으로 표적 유전자를 검증하기는 많은 시간과 비용을 필요로 해 여러 예측 알고리즘이 사용되고 있다.

표적 예측의 정확도를 높이고자 연구팀은 메신저RNA가 마이크로RNA 결합 부위를 가진 경우 품질관리단백질에 의해 분해가 더 잘되는 것을 토대로 마이크로RNA에 의한 분해와 품질관리단백질에 의한 분해의 상관관계에 주목했다.

연구 결과 품질관리단백질이 결합하는 부위(CUG 모티프)가 마이크로RNA 결합부위에 진화적으로 많이 보존돼 있음을 알아냈다. 또한 마이크로RNA 양을 현저히 감소시키면 품질관리단백질에 의한 RNA 분해현상이 사라져 둘의 상호작용이 필수임을 확인했다.

남진우 교수는“UMD에 관여하는 마이크로RNA의 새로운 타겟 조절 기전의 규명으로 마이크로RNA 타겟유전자 예측의 정확도를 15~20% 이상 높일 수 있었다” “이를 통해 새로운 치료제와 분석 플랫폼을 개발하는데 큰 기여를 할 것”이라고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부‧한국연구재단의 중견연구지원사업 및 바이오·의료기술개발사업 등의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 ‘네이처 커뮤니케이션스지’(Nature Communications)에 9월13일자에 게재됐다.

 

UMD 분해기전 규명 실험과 메커니즘 분자적 구조 모식도. (그림=한양대 제공)
UMD 분해기전 규명 실험과 메커니즘 분자적 구조 모식도. (그림=한양대 제공)

아래는 남진우 교수와의 미니 인터뷰.

■ 연구를 시작한 계기나 배경은?

Nonsense-mediated mRNA Decay(NMD, 넌센스유도 RNA 분해) 연구를 활발하게 하는 황정욱 교수님과 같이 점심식사를 하면서 토론을 많이 했었고, UPF1에 대한 다양한 NMD 연구가 진행되었지만, 3’ 말단이 긴 메신저RNA의 UPF1 의존적 분해 현상이 NMD에 의한 현상인지 아니면 또 다른 분자적 기전에 의한 조절인지 명확히 밝혀져 있지 않음을 알게 되었다.

마이크로RNA 연구를 수행하던 본인은 해당 현상이 마이크로RNA에 의한 현상일 수 있음을 인지하고, 가설을 증명하기 위한 기초 생물정보학적 분석을 수행하게 되었다. 분석 후 결과가 가설에 기반한 예상결과가 나오자 실험적 검증을 하기 위해 황정욱 교수님께 공동연구를 본격적으로 제안하고 연구를 수행할 수 있게 되었다.

 

■ 연구 전개 과정에 대한 소개

훌륭한 연구자와 공동연구를 수행할 수 있게 되어 행운이었지만, 연구수행 중에 몇 가지 어려운 점을 만나게 되었다. 다양한 샘플에서 시퀀싱과 분석이 진행되었지만 실험을 위해 사용된 원형 세포주가 서로 뒤바뀌는 시행착오를 겪으면서 6개월 이상의 시간과 재료가 버려지게 되었다.

또한 연구를 수행한 제1저자 두 명이 각각 논문 제출 전과 논문 최종 승인 전 졸업하면서 회사생활과 병행하면서 연구를 수행하게 되었다. 실질적으로 연구를 이끌어가는 데 어려움이 있었으나 추가로 연구원이 투입되면서 도움을 받게 되었다.

 

■ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지?

실험 결과와 생물정보학적 요소를 가지고 가설을 어떻게 효과적으로 증명할 수 있는지에 대해 고민하였다. 일반적 결론을 먼저 내리고 각 개별 예들에 대한 검증방향을 선택하여 수행하게 되었다. 또한 참여 연구원들이 실험적, 생물정보학적 요소를 완벽하게 이해하고 토의 하는데 시행착오도 있었지만 결국 많은 토의와 토론이 문제해결의 밑거름이 되었다.

 

■ 이번 성과, 무엇이 다른가?

NMD로 여겨졌던 RNA 분해현상이 마이크로RNA에 의한 새로운 유전자 조절 기전임을 규명하였다.

 

■ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나?

마이크로RNA 타겟 유전자 예측 프로그램 개선에 활용되어 다양한 질병 타겟 유전자 발굴 및 질병 기전 이해연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

■ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은?

UMD 모델이 적용된 새로운 TargetScan 모델을 개발하고 싶다.

 

■ 기타 특별한 에피소드가 있었다면?

본 연구는 RBP와의 상호작용과 마이크로RNA 타겟팅이 전사적 수준에서 어떻게 영향을 주는지에 대한 연구를 촉발하는 계기가 되었다. 현재는 이 연구를 서울대 백대현 교수팀에서 수행 중에 있다.


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