콘덴신 단백질의 분자구조 및 메커니즘 규명

POSTECH(포항공과대학교) 생체분자인지연구단장인 오병하(吳秉夏, 49세)교수 연구팀(우재성, 임재홍 박사)이 “염색체의 응축을 담당하는 단백질 복합체(MukBEF Condensin)의 ‘고리 모양’ 분자 구조”를 규명하였다.

또한, 이 복합체가 ATP(아데노신3인산)를 사용해 고리를 여닫으며 그 안의 DNA를 가역적으로 가둬둘 수 있다는 사실을 증명했다.

이번 연구는 교육과학기술부와 한국과학재단이 추진하는 창의적연구진흥사업의 일환으로 수행되었고, 연구 결과는 최고의 생명과학분야 저널인 셀(Cell)지 온라인판 1월 9일자에 게재됐다.

염색체는 체세포가 분열하기 위해 핵분열을 하는 과정에서 보이는 것으로 세포 분열 전에는 세포 속 핵에서 염색사의 형태로 존재하지만, 세포 분열을 할 때에는 강하고 역동적으로 응축된 염색체 형태가 된다.

한 생명체에 필요한 유전정보를 담고 있는 염색체는 막대하게 긴 DNA 분자로, 염색체의 DNA는 일반 세포의 크기에 비해 수백~수만 배 길다. 이처럼 세포보다 훨씬 큰 분자가 세포 속에 들어갈 수 있다는 점과, 세포의 복제가 일어나고 2개의 딸세포로 어떻게 정확하게 분열되는지의 여부는 지금까지도 풀리지 않은 생명과학의 큰 불가사의다.

오 교수팀은 포항가속기연구소 빔라인을 활용해 원핵생물에서 염색체의 응축을 담당하는 콘덴신 단백질 복합체의 고리 모양 분자 구조와 이 복합체가 응축에 관여하는 메커니즘을 밝혀냄으로써 염색체 응축 분야에서 획기적인 결과를 거둔 것으로 평가받고 있다.

‘콘덴신 단백질’에 의한 염색체 응축 현상은 중ㆍ고등학교 교과서에 등장할 정도로 잘 알려져 있으나 그 작용 기작은 밝혀지지 않았으나, 이번 오 교수팀 연구에서는 이 복합체의 분자구조를 규명하고 그 메커니즘을 제시하였다.

또, 염색체의 응축을 방해하면 세포가 정상적으로 증식하지 못하기 때문에 이와 관련한 연구는 항생제나 새로운 항암물질의 개발 등 응용 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

포스텍 오병하 교수는 “이번 연구성과는 ‘염색체 응축’ 분야 연구의 시작에 불과하다”며 “앞으로 염색체가 여러 개인 진핵세포에서 일어나는 응축 메커니즘에 대한 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다. 그는 “원핵세포와는 달리 진핵세포에서는 염색체별로 각자 응축이 일어나기 때문에 훨씬 정교한 메커니즘에 의해 응축이 조절될 것으로 예상한다”고 덧붙였다.

한편, 이번 연구에는 고등과학원 이주영 교수와 부산대 하남출 교수팀이 참여했다.