마이크로RNA 기작을 응용하여 세포 내에서 유전자 발현을 조절하는 RNA 간섭 기술의 이론적 토대를 제공한 것으로 평가받고 있다.

이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 리더연구자지원사업 중 '국가과학자 지원사업'과 '창의적연구 지원사업'을 통해 수행됐으며, 김빛내리 교수의 지도 하에 박종은 박사과정생, 허인하 박사, 장혜식 박사과정생, 지인환 연구원 등이 참여했다.

연구 결과는 세계적 권위 과학저널인 '네이처'誌 7월 14일자에 게재된다. 마이크로RNA는 세포 내에서 다양한 유전자를 조절함으로써 세포의 분열, 분화, 성장 및 사멸 등 모든 생명 현상에 관여하는 것으로 알려졌다.

따라서 마이크로RNA가 정확하게 생성되지 않으면, 세포의 정상적인 기능이 유지되지 않고 암과 같은 질병이 발생할 수 있다. 김빛내리 교수팀은 마이크로RNA의 전구체가 Dicer 단백질에 의해 어떻게 선별적으로 인지되고 올바른 형태로 만들어지는지를 밝혔다.

마이크로RNA 전구체는 머리핀과 유사한 꼬임 구조의 RNA이다. Dicer 단백질은 이 전구체의 말단을 인지하여 그 말단에서부터 일정한 길이를 측정하고 이를 절단하여 정확한 길이의 마이크로 RNA를 생성한다.

기존의 연구에서는 마이크로RNA 전구체의 3‘ 말단이 Dicer에 의한 인지에 기능을 한다고 보고되었다. 하지만 이번 김 교수팀의 연구를 통해 마이크로RNA 전구체의 5’ 말단이 중요하고, 특히 5' 말단의 인산기가 Dicer에 의해 인지된다는 사실을 최초로 보고했다.

김 교수팀은 Dicer 단백질에서 마이크로RNA 전구체의 5‘ 말단을 인지하는 부위를 망가뜨렸을 경우에, 마이크로RNA의 양이 줄어들 뿐만 아니라 잘못된 형태의 마이크로RNA가 만들어지는 것을 확인했다.

이와 같은 연구를 통해 Dicer 단백질이 마이크로RNA 전구체의 5’ 말단을 인지함으로써 효과적이고 정교하게 마이크로RNA를 생성한다는 것을 증명했다. RNA 간섭 기술은 마이크로RNA를 모방한 RNA를 세포 내에 주입함으로써, 세포의 유전자를 조절할 수 있는 획기적 기술이다.

RNA 간섭 기술을 통해 손쉽게 유전자의 발현을 제어할 수 있기 때문에, 유전자 연구 분야와 유전자 치료 분야에 광범위하게 응용되고 있다. RNA간섭에 이용되는 RNA도 마이크로RNA 전구체와 마찬가지로 Dicer에 의해 프로세싱돼야 하므로 Dicer에 대한 이해는 RNA 간섭 기술의 발전을 위해 매우 중요하다.

김 교수팀은 본 연구를 통해 Dicer가 RNA를 어떻게 인지하는지를 밝힘으로써, 효율적이고 정교한 RNA 간섭 현상을 위한 RNA 설계에 이론적 토대를 마련했다.

김 교수는 "이번 연구를 통해 세포 내 다양한 RNA 가운데 특정 RNA가 선택되어 마이크로RNA로 만들어지는 과정에 대한 해답을 제시했다"며 "이는 마이크로RNA 기작을 응용한 RNA 간섭 기술을 개발하는 데 이론적 토대를 제시하여, 향후 RNA 간섭 기술을 이용한 유전자 연구나 치료 등에 큰 도움이 될 것으로 예상한다"고 연구 의의를 밝혔다.
 

▲마이크로RNA 전구체의 3‘말단, 5’말단 및 인산기. 4가지 종류의 RNA가 화학 반응에 의해 일렬로 연결되어서 RNA 사슬 구조가 형성된다. 화학 반응의 성질에 의해서 RNA 사슬 구조의 양 끝은 다른 구조를 나타내는데 앞부분을 5‘ 말단, 뒷부분을 3’ 말단이라고 부른다. (참고: 그림1) 마이크로RNA 전구체는 한 가닥의 RNA 사슬 구조가 머리핀 모양으로 꼬인 형태로 사슬 구조의 앞쪽 끝이 5‘ 말단, 뒤쪽 끝이 3’ 말단이다. (참고: 그림2) 마이크로RNA 전구체는 만들어질 때, 5‘ 말단에 인산과 산소로 이루어진 인산기를 갖게 된다. 이 인산기가 Dicer 단백질에 의해 인식이 된다는 것을 이번 연구에서 밝혔다. ⓒ2011 HelloDD.com