세포내 암관련 유전자 조절 ‘시각화’

【미국 메릴랜드주 베데스다】 미국립암연구소(NCI) 톰 미스텔리(Tom Misteli) 박사팀은 최신 조영법과 컴퓨터·시뮬레이션을 통해 세포의 유전자 독해기구내 성분의 집합효율이 유전자 발현에 크게 영향을 준다는 사실을 발견했다.

살아있는 세포가 유전자 활동을 조절하는 과정을 시각화하여 그 기구를 해명하는데 한 걸음 전진한 이번 연구결과는 Molecular Cell(2008; 30: 486-497)에 발표됐다.

세포가 유전자 발현을 어떻게 조절하는지는 유전자와 특정 유전자 독해단백의 상호작용 및 유전자와 전사인자의 상호작용에 관한 문제다. 전사인자란 DNA에서 RNA로 전사되는 것을 조절하는 인자를 말한다.

이 과정에서 많은 전사 복합체, 특히 RNA 폴리머레이스라는 효소가 적절한 시기에 유전자의 프로모터 영역(전사인자가 결합하는 DNA의 상류 부분)에 집합하도록 만드는게 필요하다.

주로 NCI 연구자에 의해 실시된 초기 연구에서 전사인자끼리 상호작용 및 전사인자와 타깃 DNA간의 상호작용은 매우 동적(動的)으로 알려져 있다. 다만 이 동적 특성이 유전자 활동의 조절에 어떤 역할을 하느냐는 아직 해명되지 않고 있다.

이 힘과 조절의 관련성을 이해하기 위해 미스텔리 박사팀은 RNA pol I이라는 대형 유전자 독해복합체와 리보솜 RNA(rRNA)를 코드하는 유전자의 관계를 조사했다.

이것들은 세포의 단백질 합성기구를 구성하는 주요 인자다. 조절 기구의 동력학을 연구하는데 rRNA 유전자는 적합한 모델이다. 그 전사인자는 잘 알려져 있어 RNA pol I와의 상호작용이 정량적 생세포형광 현미경검사법을 이용해 시각화할 수 있기 때문이다.

이 검사법은 생세포의 단백과 유전자의 활동을 실시간으로 분석할 수 있는 최신 기술이다. 이번 데이터에서는 이러한 동적 관계에는 확실히 조절적 역할이 있는 것으로 시사됐다.

RNA pol I은 단일 단백질이 아니라 오히려 필요시에 완전한 폴리머레이스를 구성하는 부품의 복합체다.

박사팀의 관찰에 의하면 세포가 rRNA 생산을 항진할 때 부품의 일부가 유전자와 안정적으로 결합하여 활동적으로 완전한 RNA pol I복합체를 효율적으로 조립한다.

그 결과, 세포의 rRNA 생산이 항진하게 된다. RNA pol I부품과 다른 전사인자의 상호작용을 간섭하여 rRNA를 고속으로 생산할 수 있는 세포의 상태를 모방하면 RNA pol I의 집합 효율과 rRNA 생산 속도가 크게 낮아졌다.

이 지견은 RNA pol I복합체에 의한 전 부품집합의 효율이 폴리머레이스와 비폴리머레이스 전사인자의 동적 상호관계에 의해 조절되고 있으며 유전자 발현 결정에 중요한 역할을 담당한다는 사실을 시사하고 있다.