DNA 복구하는 단백질 '세포 다이어트'도 돕는다

명경재 IBS 단장, 'SHPRH 단백질' 새로운 기능 밝혀
SHPRH 단백질 집합체 형성에 따른 rRNA 전사 조절.<사진=IBS 제공>SHPRH 단백질 집합체 형성에 따른 rRNA 전사 조절.<사진=IBS 제공>

국내 연구팀이 DNA 손상을 복구하는 단백질이 세포의 다이어트를 돕는다는 사실을 밝혀냈다.

IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 명경재 유전체항상성연구단 단장 연구팀이 세포에서 단백질 생산을 줄여 건강한 다이어트를 수행하는 'SHPRH 단백질'의 새로운 기능을 규명했다고 11일 밝혔다.

SHPRH 단백질은 DNA 손상을 복구하는 단백질로 알려져 있다. 이번 연구를 통해 DNA 손상이 없을 때는 전반적인 단백질 생산을 줄이는 세포 다이어트에 관여해 항노화·항암 효과를 발휘하는 것으로 확인됐다.

세포는 영양분이 부족할 경우 엠토(mTOR)라는 인산화 효소를 이용해 단백질 생산을 줄이는 다이어트를 한다고 알려져 있다. 세포의 다이어트는 단백질 합성 공장인 리보솜의 DNA(rDNA) 전사(transcription)를 억제하는 방식으로 이뤄진다.

다이어트 목적은 노화나 암과 같은 질병이 진행되지 않도록 대사를 조절하는데 있다. 단식을 하거나 소식을 하면 건강에 좋다는 연구 결과들은 이러한 엠토 메커니즘을 기반으로 한다.

하지만 엠토 메커니즘은 항노화나 항암효과를 갖는 것으로 알려져 있을 뿐, 이에 작용하는 단백질이나 구체적인 리보솜 DNA의 전사 억제메커니즘이 정확하게 알려지지 않았다.

특히 리보솜 DNA를 RNA로 전사하는 RNA 중합효소가 어떻게 전사 대상이 되는 DNA를 인식하는지에 대해서도 알려진 바가 없었다.
 
연구팀은 RNA 중합효소가 DNA를 인식하도록 하는데 SHPRH 단백질이 작용함을 새롭게 규명했다. 세포 내 리보솜이 합성되는 곳인 핵인(nucleolus)을 염색해 SHPRH 단백질이 이곳에 위치할 수 있음을 확인했다.

추가 실험으로 단백질이 RNA 중합효소가 결합하는 리보솜 DNA의 프로모터 부위에 많이 존재하는 것을 알아냈다. 또 엠토 효소를 억제하는 물질을 세포에 처리하자 DNA 프로모터에 결합한 SHPRH 단백질 양이 감소하는 것을 규명했다.

정상-영양분 부족 상태의 세포내 SHPRH 단백질 분포 비교.<사진=IBS 제공>정상-영양분 부족 상태의 세포내 SHPRH 단백질 분포 비교.<사진=IBS 제공>
SHPRH 단백질은 엠토 효소를 이용해 DNA의 프로모터 부위에 결합하고, RNA 중합효소가 DNA를 인식하는 것을 도와 리보솜 DNA의 전사를 조절하는 것으로 나타났다.

특히 영양분이 충분한 평상시에는 SHPRH 단백질이 리보솜 DNA 프로모터에 모여 있지만, 영양분이 부족할 때는 서로 응집해 집합체를 만들게 되며 SHPRH 집합체는 RNA 중합효소와 결합할 수 없으므로 리보솜 DNA 전사 과정이 억제된다.

SHPRH 단백질은 세포 영향 상태와 외부 환경에 따라 세포 내 분포를 바꿔 단백질 생산을 조절한다.

명경재 단장은 "SHPRH가 세포 다이어트를 조절함을 밝힘으로써 개별 세포 단위에서 이뤄지는 항노화 메커니즘 규명에 한발 더 다가섰다"라며 "DNA 손상이 없을 경우에는 다른 기능을 수행할 것이라 추측했던 SHPRH 단백질의 리보솜 DNA 전사 조절 기능을 발견했다는 데 의의가 있다"고 말했다.

이번 연구결과는 국제 학술지 '미국국립과학원회보(PNAS)'에 11일 자 온라인판으로 게재됐다.
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