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생물학 교과서내용 바뀌나...국내연구진 DNA 복사의 새 단계 규명

강창원 명예교수, 홍성철 교수 연구팀 성과
중합효소의 유전정보 전사 과정 밝혀내
전사복합체 RNA 합성 후 해체 없이 '재생'
3간계 전사 단계가 4단계로 수정될 듯

  • 민병권 기자
  • 2020-01-23 19:04:00
  • 바이오&ICT
생물학 교과서내용 바뀌나...국내연구진 DNA 복사의 새 단계 규명
DNA의 유전정보가 RNA로 복제되는 과정에서 전사복합체가 재생돼 재활용되는 과정을 형광분광학으로 규명한 그림. /이미지제공=NRF

생명체의 유전정보를 담은 원본인 ‘DNA’가 일종의 복사본인 ‘RNA’로 복사(전사)된 뒤에도 이 과정에서 RNA를 합성하는 복합체가 해체되지 않고 다시 재생돼 재사용되는 것으로 나타났다. 이로써 DNA와 RNA의 전사 과정 등에 대한 교과서의 내용이 새롭게 바뀌게 될 것으로 전망된다.

한국연구재단(NRF)은 강창원 한국과학기술원(KAIST) 생명과학과 명예교수와 홍성철 서울대 물리천문학부 교수의 공동연구팀이 RNA합성과정에서 전사복합체의 재생단계가 존재함을 규명했다고 23일 밝혔다. 기존에는 DNA에서 RNA를 복사하는 전사과정이 3단계(개시→연장→종결)인 것으로 알려졌다. 반면 공동연구팀은 여기에 재생 단계가 마지막에 추가돼 총 4단계(개시→연장→종결→재생recycling)로 전사가 진행된다는 것을 밝혀냈다.

연구팀은 DNA와 RNA의 복합체를 유지하는 역할을 하는 ‘중합효소’에 주목했다. 중합효소는 선로 위를 달리는 기차처럼 DNA 위에서 이동하면서 RNA를 합성한 뒤 완성된 RNA를 방출한다. 기존에는 이렇게 RNA를 방출할 때 중합효소도 DNA로부터 분리되는 것으로 추정됐다. 하지만 실제로는 중합효소가 DNA로부터 떨어지지 않고 위를 계속 이동하면서 전사를 다시 시작한다는 것이 이번 연구를 통해 밝혀졌다. 이처럼 중합효소가 전사를 다시 시작하는 것을 연구팀은 ‘재개시(reinitiation)’라고 명명했다.따라서 RNA를 합성하는 전사복합체는 DNA 복사를 끝내고 해체된 뒤 또 다른 전사복합체가 재조립되는 게 아니라 기존의 전사복합체가 재생돼 재활용된다는 것이다. 이는 새로 재조립하는 것보다 RNA를 합성한 기존의 복합체를 재활용하는 게 생명체 입장에선 보다 경제적이기 때문인 것으로 해석됐다.

NRF는 이번 연구성과에 대해 “전사과정을 주도하는 RNA중합효소의 역할이 알려진 지 60여년 만에 RNA 합성이 끝나고 어떻게 다시 시작되는 지 구체적으로 알려진 것”이라고 평가했다. 또한 이번 발견으로 고등학교 생물학 교과서에서부터 게재되는 세포의 기본적인 전사과정에 ‘재생’과 ‘재개시’단계가 추가될 것으로 전망했다.

이번 연구성과는 1월 23일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다. 해당 연구는 과학기술정보통신부와 NRF가 추진하는 중견연구자지원사업 등의 도움을 받아 수행됐다.


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