[헬스코리아뉴스 / 박정식] 국내 연구진이 초저온전자현미경을 이용해 암 유발인자 구조를 밝혀냈다.
17일 과학기술정보통신부에 따르면 한국과학기술원 송지준 교수와 울산과학기술원 이자일 교수 연팀은 암세포에서 많이 생성되고 암의 예후를 악화시키는 것으로 알려진 단백질의 구조를 규명했다.
사람이 가진 DNA 사슬을 모두 풀어 연결하면 명왕성까지 닿을 정도로 매우 길어, 실패에 감긴 실처럼 히스톤이라 불리는 단백질을 중심으로 압축돼 작은 세포의 핵 속에 들어있다.
하지만 DNA의 유전정보를 복제하거나, 유전정보를 읽어 단백질을 만드는 등 필요시에는 실패 역할을 하는 히스톤 단백질을 조절, DNA 사슬을 느슨하게 또는 팽팽하게 조절하는 역동적인 과정이 일어난다.
DNA 사슬을 조절하는 과정에서 히스톤이 뭉치거나 DNA 사슬이 엉기게 되면 유전정보의 손실이나 무분별한 유전자 발현 등이 발생하여 발생학적 질환이나 암으로 이어질 수 있다.
이러한 과정이 올바르게 작동하도록 제어하는 단백질이 히스톤 샤페론이며, 연구진은 첨단장비를 이용하여 히스톤 샤페론 중 하나인 ATAD2의 분자구조와 작용 기전을 밝혀냈다.
ATAD2는 여러 암세포에서 많이 발견되고 ATAD2가 높게 발현된 종양은 악성이 높고 환자의 예후가 좋지 않아 이 단백질을 표적으로 하는 치료제 개발 임상연구가 활발히 진행되고 있었으나, 구조나 기능에 대한 기초 정보는 거의 알려진 바 없었다.
연구팀은 먼저 단백질과 같은 생체분자를 자연적인 상태대로 볼 수 있는 초저온 전자현미경을 이용해 ATAD2 단백질의 구조를 규명했다.
나아가 생체분자의 표면을 그려내는 고속원자힘현미경(AFM)을 이용해 ATAD2의 구조 변화 과정을 실시간으로 관찰했다. 고리 구조 중앙에 히스톤이 결합하며, 이 결합이 ATAD2가 히스톤을 DNA에 전달하는 데 필수적인 역할을 하는 것을 실험적으로 입증했다.
송지준 교수는 “본 연구는 초저온 전자현미경 등 첨단 생물리학적 기법을 통해 암 등의 질환과 관련된 히스톤 샤페론 단백질의 구조와 작용기전을 밝힌 것”이라며 “해당 단백질을 표적으로 하는 신약 후보 물질의 발굴을 가속화 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구지원사업 등의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션(’Nature Communications)’ 12월17일자에 게재됐다.
아래는 연구팀과의 미니 인터뷰.
◇ 연구를 시작한 계기나 배경은?
ATAD2는 히스톤 샤페론이라는 종류의 단백질로 히스톤을 전달하는데, 암과 밀접한 연관이 있다. 또한 ATAD2가 다른 히스톤 샤페론 단백질들과 달리 ATP의 화학적 에너지를 이용할 가능성이 있다는 사실에 흥미를 느껴 연구를 시작했다. 개인적으로는 조수민 연구교수의 관심사 (ATP에너지를 이용하는 전동 단백질)와 송지준 교수의 관심사(히스톤 샤페론)가 만나 출발한 연구라고도 할 수 있다.
◇ 연구 전개 과정에 대한 소개
처음 목표는 ATAD2의 분자구조를 초저온 전자현미경으로 풀어내는 것 뿐이었다. 하지만 연구를 하다 보니 기본기작에 대한 의문이 더 생겨났고 우연히 만난 연구자들과의 인연으로 KAIST, UNIST, 일본 NINS, 세 실험실의 노하우를 융합하여 ATAD2의 분자 기작을 밝히는 일로 확대됐다.
◇ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지?
분자구조를 풀이하기 위해서 요즈음 가장 각광받는 기술이 초저온 전자현미경학인데, 국내에는 이용할 수 있는 장비가 충분치 않았다. 분자 샘플을 싸들고 이 나라 저 나라 이용할 수 있는 현미경들을 찾아다니며 데이터를 수집하는 과정에 어려움이 있었는데, 결국 ATAD2 분자구조를 풀이하게 되어 뿌듯하다.
◇ 이번 성과, 무엇이 다른가?
이번 연구성과는 초저온 전자 현미경학, 단분자 형광 이미징, 고속 원자힘 현미경, 세 가지의 첨단 생물물리학적인 기술을 융합하여, 분자의 동적인 구조와 기작을 모두 밝혀낸 데 의의가 있다.
