기생유전자의 발견

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-01-21

독일의 튜빙겐 (Tubignen)에 위치한 막스 플랑크 발달생물학 연구소 (Max Planck Institute for Developmental Biology)의 연구자들은 신체의 유전자가 아닌 기생 유전요소에 의해 만들어진 단백질 (L10RF1p)의 구조를 발견했다. 소위 <라인-1 레트로트란스포존 (Line-1 retrotranposon)>이라고 불리는 요소는 이동가능한 유전요소로 자체적으로 증식할 수 있으며 많은 다른 위치에 있는 염색체 DNA에 삽입할 수 있다. 이 유전적 요소는 결합한 지점에서 유전정보의 혼란시키고 조직에 심각한 결과를 가져올 수 있다. 반면에 이러한 유전적인 결합은 유전적인 다양성으로 이어져 생물종의 진화의 선행조건이 된다. L10RF1p 단백질의 구조를 통해 라인-1의 이동 메커니즘에 대해 정확한 조사를 수행할 수 있게 되었다. 이 연구는 레트로트란스포존과 레트로바이러스 (retrovirus) 사이의 관계에 대한 새로운 인식을 할 수 있게 되었으며 또한 인간과 동물의 진화과정에 대한 이해를 도울 수 있게 되었다. 그리고 연구자들은 라인-1 레트로트란스포지션 (Line-1 retrotransposition)의 메커니즘에 대한 연구를 통해서 앞으로 특정한 생물에 유전정보를 삽입하는 정확한 과정을 알아낼 수 있을 것이다. 이번 연구는 특정한 지점과 상관없는 레트로바이러스 메커니즘에 근거한 현재 이론의 대안이 될 수 있을 것이다. 라인-1 레트로트란스포존은 이동성 유전자로 인간유전체의 역사에서 엄청나게 증식된다. 현재 우리의 DNA 중에서 약 17%가 라인-1 서열로 이루어져 있다. 인간의 단백질 30,000개가 DNA 5% 미만으로부터 만들어진다는 사실을 고려하면 17%라는 수치는 엄청난 양이 된다. 라인-1 레트로트란스포존은 자체적으로 번식할 수 있을 뿐 아니라 다른 기생 유전자인 알루-염기서열 (Alu-sequence) 약 100만 개와 함께 유전체 결합을 하게 된다. 알루-염기서열은 고등영장류에게서만 나타나며 우리 유전체의 10%를 차지하고 있다. 라인-1과 알루 염기서열의 삽입은 지속적인 과정이며 12명 중 한 명의 새로 태어난 사람은 적어도 1개의 새로운 삽입현상을 갖고 태어난다. 결과적으로 과거에 라인-1과 알루 유전요소의 결합에 의해 영향을 받지 않은 인간의 유전자는 거의 없다. 막스 플랑크 발달생물학연구소의 과학자인 올리버 와이헨리더 (Oliver Weichenrieder)는 “라인-1과 알루 유전요소의 대단위 결합은 인간의 진화에 영향을 주지 않았다고 볼 수 없다. 그래서 레트로트란스포지션의 메커니즘과 이 과정에 개입되고 있는 단백질과 핵산에 대해 거의 아는 것이 없다는 사실은 놀랍다”고 말했다. 결국 연구자들은 여기에 개입되고 있는 입자와 입자구조를 알아냄으로써 화학적인 성격을 알아내는데 새로운 통찰력을 얻으려고 하고 있다. 이러한 연구를 통해서 세부적인 기능적인 분석의 기본자료를 제공하고 이미 알려진 단백질과의 유사성을 보여줄 수 있다. 특히 각각 아미노산 서열의 단순한 비교에서도 확실하지 않은 유사성을 찾을 수 있다. 이번에 발표된 엘레나 카지나 (Elena Khazina)와 올리버 바이헨리더의 논문은 인간 라인-1 레트로트란스포존에 의해 만들어지는 두 개의 단백질 중에 하나의 성격을 규명한 것이다. 소위 L10RF1p 단백질은 유전자 DNA의 라인-1 요소로부터 전사된 라인-1 RNA와 결합된 것이다. 그리고 이어서 L10RF1p는 라인-1 RNA가 DNA로 역전사되는 것을 도울 가능성이 높다. 이 과정은 새로운 라인-1 요소가 유전적인 결합을 하는 지점에서 직접 일어난다. 연구자들은 L10RF1p 단백질이 세 가지 부분으로 구성되어 있다는 사실을 보여주었다. 첫 번째 부분은 세 가지 입자와 함께 형성되는 삼량체 (trimer)를 형성하는 자체적인 결합과정을 가져온다. 다른 두 가지 부분은 라인-1 RNA에 결합되는데 필요하다. 엘레나 카지나는 “특히 놀라운 것은 단백질의 중간부분에 있는 소위 RRM 영역의 발견이다. 이 부분은 지금까지 구조화되지 않았기 때문이다. 우리의 결정구조는 이러한 영역의 존재를 입증하고 있다. 우리는 또한 다양한 동물과 식물에서 다른 레트로트란스포존에서 RRM 영역을 찾아내었다”고 말했다. RRM영역 (RNA Recognition Motif)는 RNA와 결합된 단백질에서 특히 자주 일어난다. L10RF1p에서 RRM영역의 존재는 왜 L10RF1p가 라인-1 RNA와 결합하고 어떻게 세부적으로 이러한 현상이 일어나는가를 설명할 수 있게 된다. L10RF1p 단백질의 구조에 대한 발견은 자체적으로 증식하는 라인-1 요소에 대한 연구를 통해 세포과정에 대한 미래연구에 새로운 관점과 기반을 제공하게 될 것이다. 그리고 또한 이 새로운 메커니즘에 대한 연구를 통해서 레트로트란스포존이 과도한 확산을 막는 세포의 메커니즘을 알 수 있게 될 것이다. 출처: <sciencedaily> 2009년 1월 19일자 참고자료: Proceedings of the National Academy of Sciences에 발표된 연구논문인 “Non-LTR retrotransposons encode noncanonical RRM domains in their first open reading frame”의 원문 090119081342-large.jpg 출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2009/01/090119081342.htm