연구성과 & News




미지의 유전자 발현 조절 원리 최초 규명
‘암 및 관련 유전병 치료 신약개발에 기여’

지스트(GIST, 광주과학기술원) 연구팀이 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질이 생성되는 이른바 유전자 발현과정에서 중요한 역할을 하는 효소단백질의 정교한 기능과 역할을 세계 최초로 규명했다. 이번 연구결과는 특히, 현대 생명공학계의 중요한 연구 영역으로 부상한 ‘리보핵산 가공과정(RNA processing)’의 원리에 대한 이해의 폭을 넓힌 것이어서 학계의 큰 주목을 받았다. 또 척수성 근육위축, 암질병 등과 같은 RNA 가공과정에서 생긴 잘못으로 발생하는 질병과 유전병을 치료하는데 크게 기여할 것으로 평가받고 있다. 

지스트(원장 선우중호)는 생명과학과 심해홍 교수팀(43, 사진)이 유전자 발현과정에서 중요한 역할을 하는 UAP56 효소단백질이 어떤 역할을 하는지를 규명하는데 성공했다고 밝혔다. 이 연구결과는 분자생물학 및 유전학분야의 세계적인 권위지인 ‘유전자와 발달’(Genes & Development, Impact Factor 15.05) 7월호에 발표돼 세계적인 주목을 받았다. 

* 논문제목 : RNA 접합복합체의 점차적인 형성과정에서 DExD/H 상자 단백질인 UAP56의 두드러진 역할(Distinct Activities of the DExD/H-Box Splicing Factor hUAP56 Facilitate Stepwise Assembly of the Spliceosome)

* 웹주소 : http://www.genesdev.org/future/22.13.shtml Jul 1, 2008; 22 (13)

세포가 정상적으로 성장 분열하려면 DNA에서 단백질 생성까지의 유전자 발현이 착오 없이 정확히 이뤄져야 한다. 이 과정에서 RNA는 DNA가 가지고 있는 유전자 정보를 이용해 필요한 최종 단백질을 만든다. RNA는 먼저 성숙되지 않은 상태로 만들어지는데, 반드시 성숙 되여야만 단백질을 만들 수 있게 되는데 이 중간과정을 ‘RNA 가공과정’이라 하며 유전자 발현과정에서 핵심적인 기능을 수행한다. 이 과정은 200가지가 넘는 단백질과 작은 RNA 분자, 그리고 단백질과 RNA로 구성된 복합체들이 정밀하게 상호작용하는 매우 복잡한 과정이다. 인류 유전병의 15% 이상이 이 과정에서 잘못이 생겨서 발병한 것으로 드러나 이 분야는 인류의 유전성 질병을 치유할 수 있는 열쇠로 평가를 받고 있기도 하다. 

심 교수팀은 인간을 비롯한 모든 고등동물의 유전자 발현을 조절하는 UAP56라는 효소단백질이 RNA 가공과정을 여러 가지 단계에서 정교하게 조절, 관여하고 있음을 확인했으며 그 조절 메커니즘을 세계 최초로 밝힌 것이다. (부연설명 참조) 

심해홍 교수는 “이번 연구결과는 한 가지 효소가 수행하는 여러 가지 기능과 복잡한 조절과정을 완전하게 규명함으로써 RNA에 대한 이해의 폭을 크게 넓힌데 의의가 있다”며 “척수성 근육위축, 암, 유전질병 등과 같이 RNA 가공과정에서 잘못이 생겨 발생하는 인류질병을 치료하는 신약개발에 기여할 것이다”고 말했다. 

한편 이번 연구결과는 심해홍 교수가 지스트에 지난 2007년 9월에 임용한 후 1년도 안된 시점에서 제1저자와 공동교신저자로 발표한 논문이어서 의미가 작지 않다. 심 교수는 지스트를 대표할 석학교수로 성장할 수 있는 잠재력이 있다고 지스트 교원인사위원회에서 승인을 받아 파격적인 연구비 지원 아래 임용한 우수 신임교원(Junior Star Faculty) 가운데 한명이다. 지난 5년간 최고 권위의 학술지에 8편의 논문을 발표했으며, 특히 최상급 저널로 평가되는 Nature 자매지 Nature-Structural Biology and Molecular Biology(IF: 11.5)에 1편, Cell 자매지 Molecular Cell(IF: 14.0)에 2편, Genes and Development (IF: 15.1)에 1편 등의 논문을 주저자로 발표하여 RNA 가공과정 관련 학계의 주목을 받았다. <홍보협력팀, 2008.7.1>

* 부연설명(심 교수팀이 밝힌 구체적인 내용)

: 심 교수팀은 우선 UAP56가 RNA 가공과정에서 RNA가 이중나선 형식을 갖는 부분을 풀어주는 과정에 참여하고 있음을 확인했다. 또 가공과정에서 필수적으로 요구되는 여러 가지 기능성 (RNA와 단백질의)복합체를 형성한다는 점을 규명했다. 이런 복합체를 형성하는 과정은 UAP56이 자체 내에 가지고 있는 ATP(=생체 내에 필요한 에너지 소스) 결합, ATP 분해, RNA 헤리케이스(RNA의 이중구조 부분을 풀어주는 기능) 등 세 가지 기능의 유기적인 조합과 다른 RNA 가공과정에 참여하는 단백질 ‘U2AF65’와의 상호 작용을 통해 이루어진다는 것을 처음으로 밝혔다. 

* 용어설명 

1. RNA : 리보핵산이라 하며 DNA(디옥시리보핵산)가 갖고 있는 유전자 정보를 읽어 생명현상에 필요한 특정 단백질을 만들어 내는 역할을 한다.

<언론보도 현황>
- YTN (http://search.ytn.co.kr/ytn/view.php?s_mcd=0105&key=200807011719202028) 방영시간 ( 07.01 17:19 / 07.01. 18:12 / 07.02. 03:28 ), 전자신문, 파이낸셜뉴스, 디지털타임스, 이헬스통신, 메디팜뉴스, 국제신문

- 연합뉴스, 뉴시스, 광주일보, 전남일보, 무등일보, 전남매일, 광남일보, 광주드림, KBC광주방송

* 논문의 영문초록 

The essential splicing factor human UAP56 (hUAP56) is a DExD/H-box protein known to promote pre-spliceosome assembly. Here, using a series of hUAP56 mutants that are defective for ATP-binding, ATP hydrolysis or double-stranded RNA (dsRNA) unwindase/helicase activity, we assess the relative contributions of these biochemical functions to pre-mRNA splicing. We show that pre-spliceosome assembly requires hUAP56s ATP-binding and ATPase activities, which, unexpectedly, are required for hUAP56 to interact with U2AF65 and be recruited into splicing complexes. Surprisingly, we find that hUAP56 is also required for mature spliceosome assembly, which requires, in addition to the ATP-binding and ATPase activities, hUAP56s dsRNA unwindase/helicase activity. We demonstrate that hUAP56 directly contacts U4 and U6 snRNAs and can promote unwinding of the U4/U6 duplex, and that both these activities are dependent upon U2AF65. Our results indicate that hUAP56 first interacts with U2AF65in an ATP-dependent manner, and subsequently with U4/U6 snRNAs to facilitate stepwise assembly of the spliceosome.

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