[생명과학] 김빛내리 교수, 인체 단백질 비밀도 풀었다. (배경지식)

출처 - IBS 기초과학연구원

코로나 19 비밀을 풀었던 김빛내리 서울대 교수가 인체 단백질 비밀마저 풀어냈습니다.

 

기초과학연구원(IBS) RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 석좌교수)·김종서 연구위원(서울대 책임연구원)은 사람 세포 속 RNA 결합 단백질 상에서 결합을 형성하는 'RNA 결합자리'를 광범위하고 정확하게 찾아낼 수 있는 기법을 개발했다고 9일 밝혔습니다.

RNA 결합 단백질은 유전자 발현을 조절하는 핵심 인자입니다.

 

관련 기사입니다.

http://www.newspim.com/news/view/20200609000205

코로나19 비밀 푼 김빛내리 교수, 인체 단백질 비밀도 풀었다

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관련 지식

DNA가 단백질이 되는 과정

우리 세포에 들어있는 DNA가 단백질이 되는 과정은 'DNA - RNA - 단백질' 이렇게 3단계로 나누어집니다.

DNA에서 RNA로 되는 과정을 '전사'라고 하고, RNA에서 단백질이 되는 과정을 '번역'이라고 합니다.

 

 

RNA의 조절

DNA에서 전사된 RNA는 번역이 되기 전 '조절'을 받게 됩니다.

이를 유전자 발현 조절이라고 하는데요.

우리 몸을 보면 다 같은 DNA로 되어있지만 생긴 모습이나 기능들이 다 다르다는 것을 알 수 있습니다.

심장, 위, 폐 등을 봐도 생긴 모양도 다르고, 하는 역할도 다릅니다.

이렇게 다른 기능을 갖게 되는 이유가 바로 유전자 발현 조절에서부터 시작됩니다.

 

 

RNA 결합 단백질

위에서 보았던 RNA 조절은 RNA 결합 단백질이 RNA와 결합되면서 시작됩니다.

하지만 RNA 결합 단백질과 RNA의 결합 원리와 상호작용이 거의 밝혀지지 않았습니다.

단백질의 구조가 굉장히 복잡해서 어느 부분이 결합을 하는 자리인지 정확히 알 수 없었습니다.

 

 

단백질의 구조

단백질의 구조에 대해서 간단히 말하자면, 단백질은 총 4단계의 구조를 가집니다.

 

단백질의 1차 구조는 여러 아미노산이 일렬로 배열되어있는 것을 말합니다. (아미노산의 선형 사슬)

아미노산 사이의 결합을 '펩타이드 결합'이라고 하고, 연속된 펩타이드 결합을 '폴리펩타이드 결합'이라고 합니다.

 

단백질의 2차 구조는 서로 다른 아미노산의 수소와 산소가 서로 '수소결합'을 해서 나선 모양이나 병풍 모양을 만드는 것을 말합니다.

 

단백질의 3차 구조는 아미노산의 작용기(R기)의 상호작용에 의해서 만들어집니다.

아미노산은 크게 아민기, 카르복실기, 작용기(R기, 곁사슬) 세 부분으로 나누어지는데, 작용기에 따라 아미노산의 이름과 성질이 정해집니다.

 

단백질의 4차 구조는 3차 구조의 단백질들이 모여 1개의 기능적 거대분자를 이루는데, 이를 4차 구조라고 합니다.

적혈구의 산소 결합 단백질인 헤모글로빈은 총 4개의 단백질이 모여서 4차 구조를 이루는 구형 단백질입니다.

 

위의 단백질의 구조처럼 단백질은 굉장히 복잡합니다.

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연구 성과

기존의 효소를 이용한 질량분석

지금까지는 효소로 RNA 결합 단백질과 RNA 결합체(RNA 결합 단백질-RNA)를 잘게 쪼개서 만들어진 단백질 조작의 질량을 측정해, 위치를 추론하는 질량분석 방법을 사용했습니다.

RNA가 붙은 단백질과 붙지 않은 단백질 간의 질량 차이를 이용한 것인데요.

질량 측정에 오차가 너무 심해서 애매한 부분은 정확하게 알 수 없었고, 확실한 부분만 알 수 있었습니다.

1000 개 이상 RNA 결합 단백질에서 한 번에 수십~수백 개 RNA 결합 자리만 확인 가능했으며, 위치의 정확도도 떨어졌습니다.

 

 

불산을 이용한 질량분석

불산을 이용해 조각을 만든 결과 오차가 줄어 RNA 결합 자리를 기존 보다 더 많이 알아낼 수 있었습니다.

 

 

전망

먼저 질병 및 세포 기능에 중요한 단백질에서 RNA 결합자리를 다수 발견했습니다.

그 예로 근위축성 측삭 경화증의 원인 단백질인 TDP-43과 DNA 복구에 필수적인 PRKDC에 존재하는 RNA 결합자리를 찾았습니다.

이는 기존에 알려지지 않았던 RNA와의 결합이 각각 단백질의 기능을 조절할 수 있음을 알려줍니다.

 

또 RNA 결합 자리가 단백질의 공유결합 변형 자리와 비슷함도 보였습니다.

RNA 결합 자리의 결합력 조절 원리가 공유결합 변형일 수 있다는 뜻입니다.

세포 내 RNA-RNA 결합 단백질 상호작용을 세밀하게 연구할 수 있을 것이고, 더 나아가 DNA와 결합하는 단백질로도 확장할 수 있을 것입니다.