DNA의 입체적인 형태를 제어하면서 유전자 발현을 조절하는 핵막단백질의 역할이 보고됐다.

순천향대 순천향의생명연구원 김영조 교수와 미국 카네기연구소 샤오빈 젱 박사․이쉬안 젱 박사 국제공동연구팀은 핵막 단백질인 라민이 유전체 3차 구조를 통해 유전자 발현을 조절하는 과정을 규명했다.

DNA는 단단히 꼬이고 접혀져 있다가 필요한 부분을 느슨하게 펴서 유전정보를 발현한다.

타고난 DNA 염기서열의 이상과 관계없이 후천적으로라도 DNA의 3차원 입체구조에 문제가 생기면 유전정보 발현 양상이 달라지면서 질환이 유발될 수 있다. 유전체 3차 구조 연구는 그 역사가 10년도 채 되지 않을 정도로 초기단계이다.

연구팀은 세포의 핵막에 존재하는 라민이 DNA의 특정 부위가 팽창하거나 핵막으로부터 분리되는 것을 억제함으로서 3차 구조 형성과 유지에서 중요한 역할을 한다는 것을 규명했다.

연구팀은 마우스 배아줄기세포를 하이씨(Hi-C), FISH(fluorescent in situ hybridization), DamID(DNA adenine methyl transferase identification) 기법으로 분석한 결과, 라민이 결실된 세포에서 지속적 헤테로크로마틴 부위는 핵막과의 결합이 유지 또는 강화된 상태에서 팽창됐다. 선택적 헤테로크로마틴 부위는 핵막과의 결합이 현저히 낮아졌으며 인접한 유크로마틴 부위의 3차 구조가 변화했다.

라민은 지속적 헤테로크로마틴의 팽창과 이로 인한 선택적 헤테로크로마틴의 핵막으로부터 분리를 억제하는 방법으로 유전체 3차 구조 형성 및 안정에 기여한다.

라민이 없는 세포에서는 DNA 특정 부위의 3차 구조가 변형될 수 있다. 그러면 해당 부위의 유전자들은 비정상적으로 발현된다.

이번 연구결과는 조로증을 비롯해 라민 돌연변이로 인해 발생하는 약 20가지 유전성 질환의 원인 규명과 치료제 개발의 토대를 마련한 것으로 평가된다.

김영조 교수는 “이 연구는 DNA 3차 구조 형성에서 핵막단백질의 역할을 최초로 증명한 것”이라며, “향후 노화와 퇴행성 질환에서의 라민과 유전체 3차 구조의 역할을 규명하고, 이를 토대로 기존과 전혀 다른 신개념 바이오마커를 발굴할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(신진연구)의 지원으로 수행됐다.

또한, 세포생물학 분야 국제학술지 몰레큘라 셀(Molecular Cell) 온라인판으로 공개됐으며, 9월 6일에 출간될 예정이다.