 |
왼쪽부터 이은성·우지수 연구원(제1저자), 박기수 교수(교신저자). |
[대학저널 온종림 기자] 건국대학교 박기수 교수 연구팀(생물공학과)이 단백질이나 화학적 조절 인자 없이 DNA 서열 설계만으로 RNA 전사를 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이번 연구에서는 RNA를 생성하는 효소인 T7 RNA 중합효소(T7 RNA polymerase)의 작동 과정에서 특정 DNA 구조인 ‘플랩 구조(DNA flap)’가 형성될 경우 RNA 생성이 선택적으로 억제된다는 원리를 규명했다. 연구팀은 이러한 원리를 바탕으로 RNA 생성 과정을 필요에 따라 켜고 끌 수 있는 전사 제어 기술(D-FIT, M-FIT)을 제시했다. 연구 결과는 4월 27일 발간된 국제학술지 ‘Angewandte Chemie International Edition’(IF=17.0) 제18호의 표지 논문으로 게재됐다.
연구팀은 T7 RNA 중합효소가 RNA 합성을 시작할 때 인식하는 DNA 구간인 ‘T7 프로모터(T7 promoter)’의 말단에 단일 가닥 형태의 플랩 구조(DNA flap)를 도입하고, 플랩을 구성하는 염기의 종류에 따라 DNA가 RNA로 전사되는 효율이 크게 달라진다는 사실을 확인했다. 특히 시토신(C)과 티민(T)과 같은 피리미딘 계열 염기가 풍부한 플랩 구조는 전사를 강하게 억제하는 것으로 나타났으며, 이러한 현상은 이번 연구를 통해 처음으로 규명됐다.
이 원리를 바탕으로 연구팀은 플랩 구조가 제거될 때만 전사가 활성화되는 ‘D-FIT’ 시스템을 개발했다. 이는 DNA 절단 효소인 ‘디엔에이자임(DNAzyme)’이 특정 위치의 플랩 구조를 절단하면 억제되어 있던 전사가 다시 시작되는 방식으로, 외부 단백질이나 화학적 조절 인자 없이도 RNA 생성 과정을 정밀하게 제어할 수 있다.
연구팀은 또한 특정 핵산이 존재할 때만 전사가 일어나도록 하는 ‘M-FIT’ 시스템을 구현했다. 이는 분리돼 있던 ‘엠엔에이자임(MNAzyme)’이 표적 핵산을 인식하면 결합해 플랩 구조를 제거하고, 그 결과 억제돼 있던 전사가 선택적으로 유도되는 방식이다. 이를 통해 특정 유전 물질을 선택적으로 인식하고, 원하는 RNA를 생성할 수 있음을 입증했다.
연구팀은 형광 신호를 통해 RNA 생성 여부를 확인할 수 있는 ‘RNA light-up 압타머(light-up aptamer)’ 기반 분석을 수행하여, 플랩 구조가 제거된 경우에만 정확한 RNA 산물이 생성됨을 확인했다. 이는 특정 핵산 서열을 선택적으로 인식해 원하는 RNA 생성 또는 신호 출력으로 연결할 수 있음을 보여주며, 본 기술이 ‘프로그래머블 분자 진단 플랫폼’을 넘어 향후 RNA 기반 치료제 개발로 확장될 가능성을 제시한다.
이번 기술은 RNA 치료제, mRNA 생산, 핵산 기반 진단 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 특히 기존에는 단백질이나 화학적 조절 인자에 의존해 RNA 전사를 제어해야 했던 것과 달리, DNA 서열 설계만으로 이를 정밀하게 제어할 수 있어 구조가 단순하면서도 높은 확장성을 갖는다는 점에서 의미가 크다.
또한 향후 mRNA와 같은 긴 RNA를 생성하는 시스템에서의 추가 검증과 T7 RNA 중합효소의 피리미딘 인식 메커니즘이 보다 명확히 규명될 경우, 본 기술은 더욱 정교하고 다양한 상황에 적용 가능한 RNA 전사 제어 플랫폼으로 발전할 것으로 기대된다.
이번 연구에는 건국대 생물공학과 이은성, 우지수 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 박기수 교수가 교신저자로서 연구를 총괄했다. 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업과 BK21 사업의 지원을 받아 수행됐다.
[저작권자ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]
