"몸속 효소들, 단순 화학반응 넘어 '생체 분자 기계'처럼 작동"

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 우리 몸속 불필요한 세포를 실시간으로 제어하는 시스템인 RNA 분해 과정에서 주된 분해 효소로 알려진 'Xrn1'이 마치 생체 분자 기계처럼 능동적으로 작동한다는 사실을 국내 연구진이 밝혀냈다. RNA 대사 조절과 관련된 다양한 질환 연구와 치료 전략 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다.

한국연구재단은 한국과학기술원(KAIST) 이광록 교수 연구팀이 단일분자 분석을 통해 RNA 분해 효소 Xrn1이 ATP와 같은 화학 에너지를 직접 사용하지 않고도 RNA 구조를 단계적으로 풀어내며 분해하는 새로운 작동기전을 규명했다고 18일 밝혔다.

세포 내에서 유전 정보를 전달하는 RNA는 역할을 마치면 분해돼야 세포 기능이 정상적으로 유지된다. 복잡한 이중가닥 형태를 띠고 있는 RNA를 풀어내기 위해서는 ATP와 같은 화학 에너지를 사용하는 헬리케이스 효소가 필요하다.

특히 RNA 분해 과정에서 주된 분해 효소인 Xrn1은 세포 내 RNA 농도 조절, 항바이러스 방어, 면역 반응, 암세포 생존 조절 등 다양한 생리적 과정과 밀접하게 연관된 것으로 알려져 있다.

하지만 전형적인 헬리케이스 구조를 갖지 않은 Xrn1이 RNA의 복잡한 2차·3차 나선을 어떻게 풀어내며 분해하는지는 그동안 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 단일분자 형광 분석을 통해 Xrn1이 RNA 구조를 풀어내는 과정을 실시간으로 관찰했다. 그 결과, Xrn1이 RNA를 연속적으로 부드럽게 이동하는 것이 아니라 단계적으로 구조를 부수며 전진한다는 것을 확인했다.

Xrn1은 전기적 상호작용으로 RNA를 붙잡은 뒤 당겨 구조를 풀어내는 '그립앤풀'(Grip-and-Pull) 방식으로 RNA를 분해했다.

이는 Xrn1이 RNA 분해 과정에서 생성되는 화학 에너지를 기계적 에너지로 축적한 뒤 이를 폭발적으로 방출, RNA 구조를 돌파하는 강력한 분자 기계처럼 작동한다는 점을 보여준다.

이 교수는 "생체 내 효소들이 단순한 화학 반응의 매개체를 넘어 물리화학적으로 정교하게 설계된 생체 분자 기계처럼 능동적으로 작동한다는 사실을 입증했다는 점에서 의미가 있다"며 "향후 RNA 대사 이상과 관련된 다양한 질환의 분자적 원리를 이해하는 데 중요한 기초 자료가 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이준혁 광주과학기술원(GIST) 박사과정이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 '뉴클레익 엑시드 리서치'(Nucleic Acids Research)에 게재됐다.

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 핵심연구(전략형), 합성생물학 핵심기술개발사업, 기초연구실사업의 지원으로 수행됐다.

jongseo12@news1.kr