과학기술
미국 노스캐롤라이나대(UNC, 채플 힐) 라인버거 종합 암센터 연구팀이 특정 유전자가 활성화돼 암 발병으로 이어지는 새로운 메커니즘을 발견했다.
이들 연구팀은 관계없는 두 유전자가 융합된 돌연변이가 물과 기름처럼 서로 혼합되지 않는 ‘액체-액체 상 분리(liquid-liquid phase separation; LLPS)’라는 과정을 촉진해 특정 유전자를 활성화함으로써 급성 백혈병과 같은 암을 일으킬 수 있다고 밝혔다.
이 연구는 과학저널 ‘네이처’(Nature) 23일 자에 발표됐다.
NUP98-HOXA9 종양 단백질이 어떻게 상 분리(phase separation)를 촉진해 특정 유전자를 활성화함으로써 암을 유발하는지를 보여주는 그림. Illustration credit: Erika Deoudes
“암 이해에 부족했던 퍼즐 조각 찾아”
논문 공동 시니어 저자인 UNC의대 생화학• 생물물리학 및 약리학 부교수인 그레그 왕(Greg Wang) 박사는 “상 분리가 갖는 역할은 암을 이해하는 데 부족했던 퍼즐 조각이었다”라며, “이번 연구는 상 분리를 암 형성과 연결시킨 최초의 발견”이라고 강조했다.
이번 발견은 생물학과 물리학을 연결하는 복잡한 다단계 프로세스에 새로운 통찰력을 제공한다.
연구팀은 이 과정을 풀어내기 위해 NUP98-HOXA9라는 유전자 융합을 가진 암세포를 대상으로 실험을 수행했다. 이 비정상적인 융합은 거의 백혈병 환자의 혈액 세포에서만 발견된다.
논문 공동 시니어 저자인 같은 대학 세포 생물학 • 생리학 조교수인 더글라스 팬스틸(Douglas H. Phanstiel) 박사는 “유사한 유전자 융합이 다른 악성 종양들에서 관찰됐기 때문에, 우리가 밝혀낸 이 메커니즘은 다른 유형의 암도 설명이 가능하다”고 말하고, “이번 연구는 암세포를 공격하는 새롭고 혁신적인 길을 열 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
일반적으로 HOXA9는 염색체 7에서 발현되고 뉴클레오포린 유전자 NUP98은 염색체 11에서 발현된다. 그러나 인간에서 때때로 발생하는 유전자 전위는 NUP98을 7번 염색체로 이동시켜 HOXA9와 융합돼 NUP98-HOXA9 종양 유전자를 형성한다. 그림은 HOXA9 단백질 구조. © WikiCommons / Emw
NUP98-HOXA9 단백질이 DNA에 강력하게 결합해 암 형성
NUP98-HOXA9 유전자가 생성하는 단백질 안에는 본질적으로 무질서한 영역(intrinsically disordered regions; IDRs)으로 알려진 구조화되지 않은 길게 뻗은 영역(stretches)이 있다.
IDR의 역할은 그동안 수수께끼였으나 이번 연구팀이 이를 밝혀냈다. NUP98-HOXA9 단백질이 핵에서 임계 농도에 도달하면 IDR이 NUP98-HOXA9 단백질의 ‘액체-액체 상 분리’를 촉진해 NUP98-HOXA9이 단계화 혹은 구획화되도록 한다는 것을 보여주었다.
이렇게 구획화된 공간은 다양한 물리적 특성을 지니고 암으로 이어질 수 있다는 것이다.
논문 제1저자인 안정현(Jeong Hyun Ahn) UNC 박사후연구원은 “’액체-액체 상 분리’가 NUP98-HOXA9 단백질의 활동을 변화시키는 방식으로 인해 이 단백질들이 표적 유전자에 훨씬 더 강하게 결합된다”고 말했다.
안 박사는 “NUP98-HOXA9 단백질의 DNA 결합은 상 분리될 때 ‘슈퍼 인핸서(super-enhancer)’라는 독특한 패턴을 생성한다”라며, “NUP98-HOXA9 단백질이 DNA에 더 강력하고 슈퍼 인핸서와 유사하게 결합하면 이 인자의 더 강력한 활성으로 이어져 공격적인 혈액 암이 형성된다”라고 설명했다.
연구를 수행한 UNC의 더글라스 팬스틸 조교수(왼쪽)와 그레그 왕 부교수(오른쪽). © University of North Carolina
“상 분리를 타겟으로 한 치료제 조사 예정 ”
왕 교수는 “이론적으로, NUP98-HOXA9에 의해 형성된 상 분리된 액체 방울을 특이적으로 파괴하거나 용해시키는 약물이 치료제가 될 수 있다”라고 말했다.
그는 “우리는 이 과정이 또한 뇌에 축적되는 플라크가 부분적으로 ‘액체-액체 상 분리’로 인해 일어날 수 있는 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성질환에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알고 있으므로, 상 분리를 목표로 하는 가능한 치료제를 조사하고자 한다”라고 덧붙였다.
연구팀은 또 상 분리가, 게놈을 구성하고 활성화 영역의 조절에 도움이 되는 염색질 루프를 생성함으로써 게놈의 3차원 구조에 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견했다. 이 구조 변경은 비정상적으로 이루어질 때 질병을 일으킬 수 있다.
과학저널 ‘네이처’(Nature) 23일 자에 발표된 논문. © Springer Nature
판스틸 교수는 “이번 발견은 상 분리에 의해 형성된 염색질 루프에 대한 최초의 분명한 증거”라고 강조하고, “이 새로운 종류의 루프는 염색질 조절 영역을 암 유전자와 연결시켜 암 유전자 발현과 치사율을 증가시킴으로써 암 발생을 주도하는 것으로 보인다”라고 말했다.
연구팀은 여러 상황을 합쳐서 생각해 보면, 생물학과 물리학 및 세포 안 유전학 간의 복잡한 상호작용이 이번의 최신 연구 결과에 따라 한층 잘 이해될 수 있다고 보고 있다.
이들은 대부분의 실험을 실험실에서 수행했기 때문에 빠른 시일 안에 살아있는 유기체와 다른 질병들을 대상으로 특정 과정들을 연구할 계획이다.
(4282)
- 김병희 객원기자
- hanbit7@gmail.com
- 저작권자 2021.06.24 ⓒ ScienceTimes
- 태그(Tag)
관련기사
목록 보기전체 댓글 (0)
로그인후 이용 가능합니다.
-
‘ISS 탈퇴 선언’ 러시아, 독자 우주정거장 모형 공개
2024년 이후 국제우주정거장(ISS) 프로젝트 탈퇴를 선언한 러시아가 독자적으로 건설할 우주정거장의 실물 모형을 공개했다고 15일(현지시간) 로이터통신, 영국 일간 가디언 등이 보도했다. 러시아 연방우주공사(로스코스모스)는 이날 모스크바 외곽에서 열린 한 군사 산업 전시회에서 새로운 우주정거장 모형을 선보였다. 러시아 국영매체는 이 모형을 '로스'(Ross)라고 불렀다. 새로운 우주정거장은 2단계로 발사될 예정이다.
-
UNIST “남극 앞바다 기후변화가 열대 비구름 옮겨”
울산과학기술원(UNIST) 연구진이 남극 앞바다의 기후 변화가 태평양 수온과 열대 지역 비구름에 미치는 효과를 규명했다. 16일 UNIST에 따르면 도시환경공학과 강사라 교수 연구팀은 기후 모델(Climate Mode) 실험으로 남극 앞바다의 냉각이 적도 태평양의 수온을 낮춘다는 내용을 입증했다. 특히 남극 앞바다의 온도와 열대강우(비구름) 사이의 상관관계를 명확히 밝혔다. 남극 앞바다가 차가워지면 열대 동태평양의 수온이 낮아지고, 그 영향으로 열대강우가 북쪽으로 이동하는 현상이 나타난다는 것이다.
-
온난화시대 ‘체감온도’ 인체가 겪는 실제 온도 반영 못 해
기온이 같아도 습도가 높으면 더 덥고 불쾌하게 느껴지는데, 상대습도를 반영해 산정하는 체감온도인 '열파 지수'(HI)가 최근 잦아진 극단적인 기온에서 실제 인체가 느끼는 온도를 반영하지 못하고 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 국립기상청(NWS)을 비롯한 많은 나라가 열파 지수를 토대로 여름철 위험 경보를 발령하는데 인체가 느끼는 온도와 많게는 20℉ 이상 차이가 나는 것으로 제시됐다. 버클리 캘리포니아대학에 따르면 이 대학 기후학자 데이비드 롬프스 교수가 이끄는 연구팀은 NWS가 이용해온 기존 열파 지수의 한계를 보완한 연구 결과를 학술지 '환경연구 회보'(Environmental Research Letters)에 발표했다.
-
암세포가 미토콘드리아를 싫어한다고? 진짜 이유 따로 있다
음식물에 들어 있는 글루코스(포도당)는 우리 몸이 필요한 에너지를 만드는 데 쓰인다. 암세포도 자기 복제를 하는 데 엄청난 양의 포도당이 필요하다. 종양이 성장하려면 암세포의 복제에 필요한 여러 가지 합성 작용이 빠르게 이뤄져야 한다. 지금까지 과학자들은 암세포가 포도당을 효율적으로 이용하지 않는다고 생각했다. 암세포가 흡수한 포도당에서 가능한 한 많은 에너지를 뽑아내지 않고 대부분 폐기물로 반출한다고 여겼다.
-
상용 디젤에서 ‘수소’ 생산… KAIST, 개질 촉매 개발
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 배중면·이강택 교수와 한국에너지기술연구원(KIER) 이찬우 박사 공동 연구팀이 상용 디젤에서 수소를 생산할 수 있는 개질(Reforming) 촉매를 개발했다고 16일 밝혔다. 디젤은 수소 저장 밀도가 높고 운반·저장이 쉬워, 개질을 통한 수소 공급 장치를 트럭 보조전원장치 등 모바일 연료전지 시스템에 적용하려는 연구가 지속돼왔다. 연구팀은 촉매 입자 내부의 금속 나노입자가 표면으로 올라오는 용출 현상을 통해 합금 나노입자를 형성해 촉매 성능을 향상하도록 촉매를 설계했다.
-
적색초거성 ‘베텔게우스’ 표면 일부 날아가는 대폭발 겪어
광도(밝기)가 급격히 떨어졌던 오리온자리의 가장 밝은 α별인 적색초거성 '베텔게우스'가 별의 표면인 광구(光球)의 일부가 대형 폭발로 날아가는 '표면질량분출'(SME)을 겪고 서서히 회복 중이라는 연구 결과가 나왔다. 베텔게우스의 SME는 태양의 바깥 대기에서 플라스마를 대량 방출하는 '코로나질량분출'(CME)의 약 4천억 배에 달하는 관측 사상 전례가 없는 것으로 제시됐다.
-
KAIST “콜레스테롤 치료제 로미타피드, 항암효과도 있어”
한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 김세윤 교수 연구팀이 가족성 고콜레스테롤혈증 체료제인 '로미타피드'가 항암 효과까지 있음을 확인했다고 12일 밝혔다. 연구팀은 인공지능에 기반한 약물 가상 스크리닝 기술을 이용해 이런 성과를 냈다. 기존 약물의 새로운 적응증을 찾는 약물 재창출은 신약 개발에 투입되는 시간과 비용을 크게 줄이지만, 모든 약물을 실험적으로 검증하기에는 시간과 비용이 많이 드는 어려움이 있다.