'암, 정신지체' 각종 유전질환의 원인을 찾아서!

생명과학전문지 '셀(Cell)'의 자매지인 '몰레큘라 셀'(Molecular Cell) 발표 

“동원체 형성과정에 필수적인 단백질 신기능 발견”

세포가 분열할 때 염색체가 붙는 부위인 동원체가 유지되는데 필수적인 단백질의 새로운 기능이 국내 연구진에 의해 규명되었습니다. 이로서 암, 정신 지체와 같이 동원체 형성과 관련된 다양한 유전질환의 유발 원인을 밝힐 가능성을 열였습니다. 

※ 동원체(centromere): 세포핵의 유사분열기(mitosis)에 방추사(spindle)가 부착되는 염색체(chromosome)의 잘록한 부분으로, 복제된 염색체의 접합과 분리에 핵심적인 구조물

세계 최고 권위의 생명과학전문지 ‘셀(Cell)’의 자매지, ‘몰레큘라 셀(Molecular Cell)’지에 온라인 속보(4월 19일자)로 게재된 이번 연구는 서울대 백성희 교수, 숙명여대 김근일 교수 및 김익수 박사과정생이 주도로 교과부, 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업, 일반연구자지원사업 및 선도연구센터지원사업(SRC)의 지원으로 이루어졌습니다. 

백성희, 김근일 교수 연구팀은 특정 유전자(Mis18α)가 제대로 기능하지 못하면, 동원체가 만들어지지 못하고 배아가 개체로 발생하는 과정에도 장애를 일으켜 결국 유전질환을 일으킬 수 있다는 사실을 동물실험(Mis18α 유전자가 제거된 생쥐모델)으로 밝혀냈습니다.  

세포가 둘로 나뉠 때 그 세포가 갖고 있는 유전정보를 두 배로 복제하고, 복제된 유전정보를 유사분열과정을 거쳐 새로 생긴 세포(딸세포)로 정확히 전달하는 것은 매우 중요합니다. 만일 이 과정에서 오차가 생기면 세포의 항상성 유지에 문제가 생기고, 암과 같은 여러 질병이 발생하는 원인이 되는 것입니다.

※ 유사분열(mitosis) : 세포분열 과정에서 염색체가 나타나고 방추사가 생기는 핵분열의 한 형식으로 간접분열이라고도 불림

<정상생쥐의 배아(+/+)와 결손된 배아(Δ/Δ)의 배양시정상배아에서는 세포가 자라나서 세포덩어리를 형성하지만  Mis18α가 결손된 배아의 세포는 자라지 못하고 죽는다는 사실을 확인하였다.>  

<생쥐의 배아세포에서 세포분열과정을 관찰한 그림으로 정상생쥐의 배아세포 (+/+)에서는 염색체(붉은색)가 정상적으로 중앙에 정렬, 방추사(녹색)와 연결되어 있는 반면  Mis18α가 결손된 배아세포 (Δ/Δ)에서는 중앙에 정렬되지 못하고 방추사와의 연결도 불완전한 모습을 보이고 있다.> 

동원체는 복제된 유전정보를 담고 있는 염색체가 둘로 나뉘는 필수적인 역할을 합니다. 이 동원체가 만들어지는데 문제가 생기면 염색체가 분열할 때 염색체를 양쪽으로 잡아당겨 분리시키는 끈 역할을 하는 방추사가 염색체에 제대로 붙지 못해 유사분열이 일어날 때 비정상적인 염색체 분열을 일으킵니다. 

따라서 동원체가 만들어지는데 문제가 생기면, 암, 정신 지체와 같은 유전질환이 발생하게 

되는 것입니다. 지금까지 이 사실은 잘 알려져 있지만, 어떠한 경로로 이러한 질병이 유발되는지 그 분자적인 과정을 정확히 밝혀내지 못한것이 사실입니다. 

<Mis18α 단백질이 DNA 메틸화 효소를 동원체 부위로 불러들여 동원체 부위의 DNA를 메틸화 시키는 과정이 동원체 형성에 중요하며, 동원체 부위를 지정하는 역할을 하는 히스톤 변이단백질이 동원체 부위를 찾아 가는 과정에서 Mis18α 단백질이 안내(guide)기능으로 수행한다는 것을 모식적으로 나타낸 것이다.>

연구팀은 동원체 부위를 지정하는데 중요한 히스톤 변이체가 동원체 부위를 찾아가는 과정에서 Mis18α 단백질이 안내(guide) 역할을 하며,  Mis18α 단백질이 효소(DNA 메틸화 효소)를 동원체 부위로 불러들여 그 부위의 DNA를 메틸화시키는 과정이 동원체를 만드는데 매우 중요하다는 사실을 처음으로 밝혀냈습니다. 

※ 히스톤 변이체 : 다른 염색체 부위에 존재하는 히스톤과 다른, 동원체에 특이적으로 존재하는 히스톤 단백질 (CENP-A: 센프 에이)

백성희 교수는 “동원체가 만들어지는 과정에서 문제가 발생하면, 암이나 정신 지체와 같은 각종 유전질환이 발병할 수 있는데, 이번 연구에서는 동원체를 만드는 과정에서 Mis18α 단백질이 매우 중요한 역할을 한다는 사실을 규명하였다. 특히 우리 연구팀에서 만든 Mis18α 유전자가 제거된 생쥐모델은 향후 동원체 형성 이상과 유전 관련 질병의 연계성을 연구하는데 실질적인 도움이 될 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔습니다. 

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