UPDATED. 2021-04-21 15:27 (수)
KBSI·연세대·국제공동연구, 유전자 발현 '전사복합체' 3차원 구조 규명
상태바
KBSI·연세대·국제공동연구, 유전자 발현 '전사복합체' 3차원 구조 규명
  • 김민철 기자
  • 승인 2020.12.21 13:16
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

Nature Communications誌 논문 게재
유전자 발현 메커니즘, 초저온전자현미경으로 규명
전사복합체 생체시료 급속 동결시킨 후 시료의 3차원 입체 구조 분석
RNA 중합효소 및 전사복합체의 초저온전자현미경 구조 /연구 그림=KBSI 제공

국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 유전자 발현의 메커니즘을 초저온전자현미경으로 규명했다. 

한국기초과학지원연구원(KBSI) 연구장비운영부 전자현미경분광분석팀 전성훈 박사 연구팀은 유전자 발현의 첫 단계를 수행하는 '전사 복합체'의 3차원 구조를 규명함으로 복잡한 유전자 발현 과정에 대한 이해의 지평을 넓혔다고 21일 밝혔다. 

전사(Transcription)는 DNA의 유전정보를 이용해 'mRNA'를 만드는 과정을 말하는데 mRNA는 유전자 발현과정에서 DNA의 유전정보를 전달하는 기능을 수행한다. 

mRNA를 합성하는 'RNA 중합효소'는 거대 단백질 복합체로 수십 가지의 전사 인자들과 상호작용을 통해 전사 과정을 수행하게 되고, 전사복합체는 RNA 중합효소와 다양한 전사 인자들이 유전자 조절 부위에 모여서 형성한 복합체로 RNA를 합성하는 분자 기계의 역할을 수행한다.

구조가 매우 복잡한 인간의 전사복합체는 분자 수준에서 다양한 전사 인자들이 RNA 중합효소에 어떻게 작용해 전사를 조절하는지는 지금까지 잘 알려지지 않았다.

공동연구팀은 단세포 미생물인 고세균(Archaea)의 전사 시스템이 인간세포 전사 시스템과 진화적으로 보존되어 있음에 착안했다. 

KBSI 초저온 투과전자현미경 시스템(Cryo-EM system)의
에너지여과 초저온투과전자현미경(왼쪽), 고분해능 바이오 투과전자현미경(오른쪽) /KBSI 제공

연구팀은 TFE⍺의 작용 기작을 이해하고자 고세균의 전사 과정을 분석했는데 KBSI의 초저온 투과전자현미경 시스템을 활용해 전사복합체 생체시료를 급속 동결시킨 후 시료의 3차원 입체 구조를 분석했다고 설명했다. 

연구결과 TFE⍺가 RNA 중합효소의 ‘집게(clamp) 도메인’ 및 ‘줄기(stalk) 도메인’에 직접 결합해 효소의 구조를 열림 상태로 변화시켜, RNA 중합효소가 DNA와 결합하게 한다는 사실을 확인했다.

또 결합 후 집게(clamp) 도메인과 줄기(stalk) 도메인이 다시 닫힘 상태로 변화함으로써 전사 과정이 안정적으로 진행되도록 한다는 것을 밝혔다. 

전사복합체의 3차원 입체구조를 기반으로 하는 생화학 실험을 통해 TFE⍺의 특정 아미노산이 쐐기 역할을 하여 DNA 이중 나선을 풀어 전사가 시작되도록 유도함을 알아냈다.

그림 2. 초저온전자현미경 구조를 기반으로 한 전사복합체 작용 기작
초저온전자현미경 구조를 기반으로 한 전사복합체 작용 기작  /연구그림=KBSI 제공

KBSI 전성훈 박사는 “많은 질병들이 유전자 발현 이상으로 발생하는데, 전사 과정 초기에 대부분의 유전자 발현이 조절된다”며, “RNA 중합효소 및 전사 과정에 대한 분자 수준에서의 이해는 구조를 기반으로 한 질병 치료제 개발에 바탕이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 세계적인 과학저널 네이처 커뮤니케이션즈에 논문명 'Direct binding of TFE⍺ opens DNA binding cleft of RNA polymerase'로 게재됐으며, KBSI 전성훈 선임연구원(공동제1저자 및 공동교신저자), OIST 현재경 박사(공동제1저자), 연세대 조현수 교수(공동교신저자), 펜실베니아 주립대 Katsuhiko S. Murakami 교수(공동교신저자) 연구팀이 참여했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 이공학 개인기초연구지원사업으로 수행됐다.

전사복합체의 3차원 입체구조 초저온 투과전자현미경 분석 영상 /KBSI 제공

관련기사

댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

케미컬뉴스

  • 제호 : 케미컬뉴스
  • 법인명 : (주)액트원미디어
  • 등록번호 : 서울 아04656
  • 발행일 : 2017-08-01
  • 등록일 : 2017-08-17
  • 발행·편집인 : 유민정
  • 청소년보호책임자 : 김유정

NEWS SUPPLY PARTNERSHIP

  • 하단로고
  • 하단로고
  • 하단로고
  • 하단로고
  • 하단로고

CONTACT

  • Tel : 070-7799-8686
  • E-mail : news@chemicalnews.co.kr
  • Address : 서울특별시 동작구 상도로 82, 무이비엔 빌딩 5F 502호
  • 502, 5F, 82, Sangdo-ro, Dongjak-gu, Seoul (07041)

케미컬뉴스 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받는 바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
Copyright ©케미컬뉴스. All rights reserved.

ND소프트