개발한 RBS-ID 실험 기법 모식도(IBS 제공)© 뉴스1

기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 석좌교수)·김종서 연구위원(서울대 책임연구원)이 사람 세포 속 RNA 결합단백질 상에서 결합을 형성하는 ‘RNA 결합자리’를 광범위하고 정확하게 찾아낼 수 있는 기법을 개발했다고 9일 밝혔다.

RNA는 DNA로부터 각 단백질에 해당하는 정보가 전사된 유전체다.RNA는 이 정보를 번역해 단백질을 생산하는데 전사되고 나서도 번역 효율, 안정성, 세포 내 위치 등 단백질 생산과정을 조절할 수 있다.

이런 전사 후 조절은 RNA 결합단백질이 RNA에 붙으면서 이뤄진다. 대부분의 단백질은 전사 후 조절을 거치면서 기능을 갖는데 핵심 인자인 RNA 결합단백질과 RNA 사이 결합 원리와 상호작용은 거의 밝혀지지 않았다. 복잡한 단백질 구조에서 어느 조각이 결합자리인지조차 정확히 알 수 없었기 때문이다.

연구진은 기존에 쓰이던 효소 대신 불산을 이용해 문제를 해결했다. 불산은 RNA를 동일한 분자 한 개로 완전히 분해해 한 번에 2000개 RNA 결합자리를 찾아낼 수 있다.불산 처리 후 RNA 조각의 질량을 측정한 결과 동일한 유리딘 분자만 남음을 확인했다. RNA 조각의 질량 오차를 줄임으로써 RNA 결합자리를 더 많이 알아낼 수 있었던 것이다.

결과적으로 세포 전체 RNA에 결합한 600 개의 RNA 결합단백질 내에서 약 2000 종류 RNA 결합자리를 아미노산 수준의 고해상도로 찾아낼 수 있었다.

왼쪽부터 김빛내리 RNA 연구단장(공동교신저자), 배종우 연구원(제1저자), 김종서 책임연구원(공동교신저자).© 뉴스1

연구진은 이렇게 찾은 RNA 결합자리를 바탕으로 새로운 가설들을 제시했다. 우선 질병 및 세포 기능에 중요한 단백질에서 RNA 결합자리를 다수 발견했다. 일례로 근위축성 측삭 경화증의 원인 단백질인 TDP-43, DNA 복구에 필수적인 PRKDC에 존재하는 RNA 결합자리를 찾았다.

이는 기존에 알려지지 않았던 RNA와의 결합이 각각 단백질의 기능을 조절할 수 있음을 시사한다. 또 RNA 결합자리가 단백질의 공유결합 변형 자리와 비슷함도 보였다. RNA 결합자리의 결합력 조절 원리가 공유결합 변형일 수 있다는 뜻이다.

이번에 규명한 RNA 결합자리를 토대로 세포 내 RNA-RNA 결합단백질 상호작용을 세밀하게 연구할 수 있을 것으로 보인다.

이번 기술을 변형해 RNA 뿐만 아니라 DNA와 결합하는 단백질로도 확장할 수 있을 것으로 전망된다.

이번 연구 성과는 ‘네이처 구조 분자 생물학’(Nature Structural & Molecular Biology) 온라인 판에 9일 게재됐다.


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