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미국 텍사스 대학 사우스웨스턴 메디컬 센터(University of Texas Southwestern Medical Center)의 연구진은 세포 속의 microRNA를 분해하는데 사용되는 새로운 메커니즘을 발견했다. microRNA은 세포 속의 단백질 양을 조절하는 유전 분자이다. 이 연구결과는 세포 내부의 기능을 아는데 새로운 길을 열어줄 뿐만 아니라 전염병, 암, 기타 건강 문제를 해결할 수 있는 새로운 방법을 제공할 수 있을 것이다.과학자들은 유전자 속에 유기체의 모든 단백질을 만드는 지침이 포함되어 있다는 사실을 오래 전부터 알고 있었다. 서로 다른 단백질을 생성하고 그 양을 조절하는 다양한 프로세스가 존재한다. 이러한 메커니즘 중의 하나가 microRNA인데, 이것은 메신저 RNA(messenger RNA, mRNA) 시퀀스가 단백질로 변하는 것을 방지한다. microRNA는 세포 속의 mRNA의 상보적 조각들이 부서진 작은 유전 물질 조각이다.1993년에 microRNA가 발견된 이래로 과학자들은 수백 가지의 서로 다른 microRNA에 대해서 많은 연구를 수행했다. 그러나 microRNA의 용도가 끝났을 때 세포가 microRNA을 어떻게 처리하는지에 대해서 거의 알지 못했다.microRNA 분자가 세포 속에 오랫동안 존재하면, 표적 mRNA에서 단백질 생산을 감소시킨다. 따라서 microRNA가 더 이상 필요하지 않을 때, 세포가 microRNA를 제거하는 방법을 이해하는 것은 microRNA를 완전히 이해하는데 중요하다.microRNA 분자를 제거하는 메커니즘을 알기 위해서 유전자 편집 도구인 CRISPR-Cas9를 활용했다. 이 도구를 개발한 두 명의 과학자들은 2020년에 노벨 화학상을 수상했다. 이런 분자 가위(molecular scissor)을 사용함으로써 각각의 유전자를 잘라낼 수 있었고, 이것은 그들의 기능을 조사할 수 있게 했다.K562로 알려진 인간 암 세포주(human cancer cell line)를 사용했고, CRISPR-Cas9를 사용해서 인간 게놈 속의 20,000 개의 단백질-코딩 유전자를 표적으로 삼았고, miR-7로 알려진 수명이 짧은 microRNA가 세포 속에 예상보다 더 오랫동안 남아 있게 하는 어떤 것을 탐색했다. 이런 탐색은 miRNA를 분해하는데 필요한 최소한 10 개의 유전자를 발견하게 했다.이번 연구진은 이러한 유전자에 의해 암호화된 단백질이 세포 속에 유비퀴틴 리가아제(ubiquitin ligase)로 알려진 더 큰 집합체를 형성한다는 것을 발견했다. 유비퀴틴 리가아제는 다른 단백질을 파괴하는 역할을 한다. 이런 특정 유비퀴틴 리가아제는 이전에 한 번도 알려지지 않았지만 다른 유비퀴틴 리가아제 복합체처럼 분해될 단백질을 표시하는 역할을 할 것으로 예상되었다. 그러나 추가 조사에 따르면 miR-7에 태그를 붙이는 것이 아니라 아르고너트(Argonaute)라고 불리는 단백질에 태그를 붙이는 것으로 확인되었다. 그 후에 아르고너트는 세포를 통해 microRNA로 이동한다.miR-7에 부착된 아르고너트 단백질이 분해 대상이 될 때, 이런 microRNA는 세포 속에 그대로 노출되어 RNA 분해 효소를 사용하여 microRNA를 파괴하도록 유도한다.이런 유비퀴틴 리가아제 복합체는 K562 세포 속의 miR-7뿐만 아니라 다른 세포 유형 속의 다양한 microRNA를 분해하는데 핵심적인 역할을 한다. 이 연구결과는 miRNA 분해 메커니즘이 세포 조직 전반에 걸쳐 miRNA 수준을 제어하는데 광범위한 역할을 한다는 것을 보여주고 있다. 다른 연구에서 microRNA의 비정상적인 수준이 다양한 질병 및 감염과 관련되어 있음이 밝혀졌기 때문에 문제가 되는 microRNA를 제거하거나 유익한 microRNA를 유지하기 위해 microRNA 분해를 제어할 수 있는 방법을 찾는다면 치료법을 개발하는데 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다.이 연구결과는 저널 Science에 “A ubiquitin ligase mediates target-directed microRNA decay independently of tailing and trimming” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1126/science.abc9546). |
