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단백질 ‘생산 설계도’보호하는 RNA 조절 기전 찾았다

자체 개발 단일핵산 분석법 적용해 mRNA 꼬리 분해 기전 규명 IBS-KAIST 공동연구팀

단백질 ‘생산 설계도’보호하는 RNA 조절 기전 찾았다

생명체는 DNA, RNA, 단백질과 같은 바이오분자들의 조절 작용으로 다양한 생물학적 기능을 수행한다. 바이오분자들의 조절로 유전 정보가 전달되고, 잘못 전달된 정보는 유전자 변형이나 감염성 질병의 원인이 된다. 따라서 분자생물학적 조절 연구는 유전자 치료제와 첨단 백신 개발에 중요하다. 특히, 2023년 코로나 mRNA 백신 기술을 개발한 과학자들이 노벨 생리의학상을 수상하면서 RNA 조절 연구에 기반한 첨단신약, 바이오공학 기술이 크게 주목받고 있다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영)은 RNA 연구단 김빛내리 단장(서울대 생명과학부 석좌교수), 미국 국립암연구소 유진 발코프(Eugene Valkov) 박사, KAIST(총장 이광형) 바이오및뇌공학과 이영석 교수 공동연구팀이 자체 개발한 단일핵산 분석법을 적용해 전령 RNA(messenger RNA, 이하 mRNA) 분해의 새로운 조절 기전을 찾았다고 밝혔다. ▲김빛내리 단장 ▲이영석 교수 mRNA는 긴 단일 가닥 RNA 분자로, DNA에 보관된 유전 정보를 단백질에 전달하는 매개체로서 마치 단백질의 ‘생산 설계도’와 같다. 예를 들어, 코로나 mRNA 백신은 약 4,000개의 RNA 분자로 이루어져 있으며, 코로나 스파이크 단백질의 유전 정보와 다양한 RNA 변형을 활용해 스파이크 단백질 생산을 조절하도록 설계되어 있다. 결국 RNA 기능과 조절에 따라 유전자 치료제 및 mRNA 백신의 효능이 결정된다. 연구진은 다양한 RNA 조절 인자 중 특히 mRNA 꼬리에 주목해 왔다. mRNA는 말단에 50-150개의 아데닌 염기로 구성된 긴 꼬리를 갖는데, mRNA를 보호하고 단백질 합성을 촉진하는 역할을 한다. 그동안 이 꼬리는 아데닌으로만 구성된 것으로 알려졌지만, 연구진은 지난 연구에서 비(非) 아데닌 염기가 추가된 ‘혼합 꼬리(Mixed tail)’가 존재한다는 사실을 보고하였고, 이 혼합 꼬리가 mRNA의 분해를 막는 역할을 하여 유전자 활성을 높이는 데 기여함을 밝힌 바 있다. 그러나 RNA 변형의 결과인 mRNA 꼬리는 그 변형의 특이적인 행태로 인해 생화학 실험과 정량적 분석에 어려움이 있었다. 또한, 50-150개 RNA 분자의 연속적인 변형에 대한 단일염기 분석이 필요하여 mRNA 혼합 꼬리 조절 기전 연구에 제한이 있었다. 이를 해결하기 위해 연구진은 미국 국립암연구소 유진 발코프 박사 연구팀과 함께 mRNA 꼬리 조절 연구를 위한 단일핵산 분석법을 개발했다. 이어 이 분석법을 활용하여 세계 최초로 mRNA 꼬리가 분해되는 속도를 단일핵산 단위로 측정하는데 성공, mRNA 꼬리의 새로운 분해 기전을 규명했다. 연구진은 mRNA 분해를 유도하는 탈아데닐 복합체(CCR4-NOT)를 이용한 탈아데닐화 시스템을 개발하고 단일 염기 단위의 분해 반응을 수학적으로 모델링하여 혼합 꼬리 분해 효과를 정량화했다. 그 결과, 탈아데닐 복합체의 진행이 지연되는 위치를 확인할 수 있었으며, 복합체의 구성 요소들이 비 아데닌 염기에 의해 특정 위치에서 막혀 분해 속도가 조절되는 것을 밝혔다. 즉, 비 아데닌 염기가 일종의 ‘과속 방지턱’ 역할을 한다는 것을 입증한 것이다. 김빛내리 단장은 “mRNA 혼합 꼬리 조절에 대한 이해를 확장해 mRNA 안정성 조절과 유전자 발현 메커니즘에 대한 새로운 통찰을 제공했다”라며, “혼합 꼬리에 기반한 다양한 유전자 치료법 연구와 RNA 첨단 신약 개발에 기여할 것”이라고 말했다. KAIST 바이오및뇌공학과 이영석 교수는 “이번 연구는 분자생물학, 생화학 및 수학 분야가 만나 이룬 융합 연구의 결실”이라며, “미래 바이오공학 및 첨단바이오 분야 발전을 위한 공동연구의 중요성을 시사한다”라고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 구조 분자생물학(Nature Structural & Molecular Biology, IF=16.8)’에 지난 2월 19일 게재됐다. [그림 ] mRNA 혼합 꼬리에 관한 새로운 분해 기전 모식도


사람마다 `통증'이 다른 이유 뇌와 유전자 때문

MRI 뇌영상과 타액 통해 통증-뇌-유전자 연관성 밝혀 한국뇌연구원·일본후쿠이대 국제공동연구팀

사람마다 `통증'이 다른 이유 뇌와 유전자 때문

사람마다 다르게 나타나는 통증이 뇌와 유전자 때문이라는 연구 결과가 밝혀졌다. 한국뇌연구원 인지과학연구그룹 정민영 선임연구원과 일본 후쿠이대 코사카 히로타카 교수로 구성된 국제 공동연구팀이 뇌영상과 타액 분석을 통해 통증의 개인차에 영향을 미치는 통증-뇌-유전자의 연관성을 규명했다고 28일 밝혔다. ▲(좌로부터)정민영 선임연구원 코사카 히로타카 교수 정용전·이선경 박사후 연수연구원 같은 통증이라도 사람마다 느끼는 아픔의 강도가 다르며 이는 사람마다 뇌에서 느끼는 통증이 다르기 때문이다. 기존 연구에 따르면 개인이 갖고 있는 유전자형에 따라 통증에 대한 반응이 달라지지만 이러한 개인차가 사람마다 뇌 활동이나 유전자형이 달라서인지, 아니면 뇌와 유전자의 상호작용 때문에 발생하는지는 알려진 바가 거의 없다. 한국과 일본 공동연구팀은 19~46세의 성인 남녀 105명의 MRI 뇌영상과 타액(침)을 수집해 사람마다 다르게 나타나는 통증 지각이 유전자뿐 아니라 감각지각‧인지‧정서를 모두 아우르는 뇌의 활동에 의해 함께 결정된다는 것을 밝혀냈다. 연구팀은 먼저 강도에 따라 뇌가 통증을 다르게 지각하는지 알아보기 위해 통증의 개인차를 지닌 ‘지각 연관 실험모델(percept-related experimental paradigm)’을 고안했다. 해당 실험모델에 고강도와 저강도 통증을 준 뒤 MRI 뇌영상을 촬영하자 강도에 따라 통증처리의 세 가지 요소인 감각, 인지 및 정서 요소가 다르게 관여했다. 또한, 타액에서 수집한 유전자를 분석한 결과 통증 유전자로 알려진 뮤1 오피오이드 수용체(OPRM1) 유전자와 카테콜-오-메틸트란스피라제(COMT) 유전자가 유전자형에 따라 각기 다른 통증 요소에 영향을 미친다는 것을 확인했다. 뮤1 유전자는 유전자형에 따라 감각 정보를 처리하는 후부 섬피질과 인지 정보와 관련된 상두정엽에 있는 모이랑의 뇌 활동에 영향을 주고, 카테콜 유전자는 유전자형에 따라 인지와 정서를 담당하는 뇌의 등쪽전대상피질에 영향을 준다는 것을 밝혔다. 특히 연구팀은 통증 처리의 핵심 영역으로 알려진 등쪽전대상피질이 뮤1 유전자와 카테콜 유전자가 공통적으로 영향을 주는 뇌 영역이라는 것을 발견했다. 연구팀은 이 영역이 개인차가 있는 통증을 적절하게 치료하고 중재하는 영역이며 향후 새로운 통증 치료제를 개발하기 위한 타겟 뇌 영역일 수 있다고 분석했다. 정민영 선임연구원과 히로타카 코사카 교수는 "이번 연구를 통해 통증처럼 여러 요인들의 복잡한 상호작용으로 결정되는 주관적인 경험을 유전자형과 뇌 활동량으로 비교적 쉽게 측정할 수 있는 연구패러다임을 구축했다"면서 "특히 단시간 MRI 뇌영상과 타액 수집을 이용한 새로운 통증 치료 기술을 개발하는데 도움이 될 것"이라고 기대했다. 한편, 이번 연구는 한국뇌연구원 정용전 박사후연구원이 제1저자로 참여했으며, 국제학술지 <Psychiatry and Clinical Neurosciences (IF:11.9)> 최신호에 게재됐다.



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제약바이오협회,윤웅섭 차기 이사장 15인 부이사장 선임
한국제약바이오협회(회장 노연홍) 이사회가 이재국 부회장 등 상근임원을 선임하고, 윤웅섭 차기 이사장과 임기 2년을 함께 할 부이사장단을 선임했다. 또 제약바이오산업의 혁신과 변화에 대한 시대적 요구에 부응하기 위해 제조품질혁신위원회, 사회공헌위원회, 바이오벤처특별위원회 등이 신설됐다. 이날 서울 방배동 협회 건물 4층 강당에서 개최된 2024년 제1차 이사회는 오는 3월부터 2년 임기를 시작하는 윤웅섭 차기 이사장(일동제약 부회장)이 정관에 따라 추천한 부이사장 후보들을 원안대로 선임 의결했다. 윤웅섭 차기 이사장과 함께 오는 3월부터 2년간 이사장단을 구성할 부이사장사 대표는 ▲구주제약 김우태 회장 ▲대웅 윤재춘 부회장 ▲대원제약 백인환 사장 ▲동국제약 송준호 사장 ▲동아ST 김민영 사장 ▲보령 장두현 사장 ▲유한양행 조욱제 사장 ▲제일약품 한상철 사장 ▲종근당 김영주 사장 ▲한미약품 박재현 대표이사 ▲휴온스그룹 윤성태 회장 ▲GC녹십자 허은철 사장 ▲JW중외제약 신영섭 사장 ▲LG화학 생명과학사업본부 손지웅 사장 ▲SK바이오사이언스 안재용 사장 등 15명이다. 이날 이사회는 등 상근임원의 2년 임기가 2월말로 종료함에 따라 노연홍 회장이 정관에 따라 추천


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