국내 연구진이 DNA 복구 효소가 방대한 유전체 속에서 손상 부위를 찾아내는 작동 원리를 밝혀냈다. 연구진은 이번 성과가 암과 노화 관련 질환 연구는 물론 차세대 항암제 개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

KAIST는 생명과학과 이광록 교수 연구팀이 UNIST 이자일 교수 연구팀, 성균관대 유제중 교수 연구팀과 공동으로 DNA 복구 효소인 APE1이 손상된 DNA를 탐색하는 분자 메커니즘을 규명했다고 5일 밝혔다.

DNA에는 매일 수만 건의 손상이 발생한다. 이 가운데 유전정보 일부가 사라진 무염기 부위(AP site)가 제대로 복구되지 않으면 암이나 노화로 이어질 수 있다. 하지만 방대한 유전체 속에서 이 같은 미세 손상 부위를 찾아내는 과정은 쉽지 않은 것으로 알려져 있다.

연구팀은 단일분자 형광공명에너지전달(smFRET), DNA 커튼(DNA curtain), 분자동역학 시뮬레이션 등을 활용해 APE1의 움직임을 실시간으로 추적했다.

분석 결과 APE1은 무작위로 DNA를 탐색하는 것이 아니라 DNA 가닥을 따라 미끄러지듯 이동하는 ‘1차원 확산’ 방식으로 손상 부위를 찾는 것으로 나타났다. 이를 통해 넓은 유전체 영역을 빠르고 효율적으로 탐색할 수 있다는 설명이다.

또 효소 말단의 유연한 구조인 비정형 영역(IDR)이 DNA를 붙잡아 효소가 DNA에서 이탈하지 않고 오랫동안 이동하도록 돕는다는 사실도 확인했다. 실제로 해당 구조를 제거하자 손상 부위를 찾는 능력이 5배 이상 감소했다.

마그네슘 이온도 DNA 탐색 효율을 높이는 핵심 요소로 확인됐다. 연구팀은 마그네슘 이온이 효소와 DNA의 결합을 안정화해 손상 부위 탐색 능력을 높이는 역할을 한다고 분석했다.

이광록 교수는 “비정형 영역이 DNA 손상 부위를 빠르게 탐색하고 정형 영역이 정밀한 복구를 수행하는 원리를 규명했다”며 “암세포의 DNA 복구 기능을 억제하는 항암제 개발과 노화 연구에 중요한 단서를 제공할 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘핵산 연구(Nucleic Acids Research)’에 게재됐으며, KAIST 이동훈 박사와 UNIST 김수빈 박사과정, 성균관대 조경필 박사과정이 공동 제1저자로 참여했다.