"DNA구조, '이중나선'만 있는 것 아니다"

호주 연구진, 사중나선 DNA 존재 입증

생물학적으로 내가 나일수 있게 만드는 것은 무엇일까? 가장 큰 이유는 남들과 다른 고유의 유전자, 이른바 ’DNA’다. DNA는 두 겹이 쌍으로 구성돼 꼬여있는 ’이중나선’ 구조를 형성하고 있다고 알려져 있다. DNA가 처음 발견된 이후 150여년 가까운 세월이 흘렀지만 DNA의 구조는 이중나선이라는 것이 학계의 정설이었다.

그런데 최근 이중 나선 구조가 아닌, 4중 나선 구조의 DNA가 살아있는 세포 속에서 존재하고 있다는 연구 결과가 나왔다. DNA는 아데닌(A)과 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T) 의 4가지 염기로 구성된다. 호주 가반의학연구소와 시드니대 등 공동 연구팀은 길다란 DNA 중 G나 C가 특별히 많은 지역에서 4중 나선 구조를 이루는 DNA가 존재하고 있다는 것을 최초로 발견하고, 이를 23일(현지시각) 학술지 '네이처 화학'에 발표했다.

DNA의  4 가지 염기는 A가 T, G가 C와 상보적으로 결합해 염기쌍을 형성한다. 이런 염기쌍 약 600억 개가 이중으로 나선을 이루며, 우리 몸에 대한 정보를 담고 있다. 하지만 실험실 내에서는 4중 나선 형태의 DNA도 안정적으로 형태를 유지한다. G나 C 염기가 상보적으로 결합하지 않고 G 4개, C 4개가 동시에 결합하는 경우가 있기 때문이다.

대표적인 4중 나선 구조 DNA에는 4개의 염기 G가 모인 쥐-와 아이 ~가 있다-

학계에선 G가 4개 모인 것을 '지-쿼트러플럭스(G-quadruplex), 즉 G4라고 부른다. 또 4개의 C가 결합한 것을 '아이-모티프(I-motif) DNA, 즉 iM DNA라 명명하고 있다. 유전학자들은 '세포 내에 4중 나선 DNA가 존재할 수 있는가'를 두고 논쟁을 벌여왔다. 실제로 존재한다면 그 원인과 역할을 무엇인지도 관심거리였다.

연구팀은 이를 알아보기 위해 iM DNA와 선택적으로 반응하는 항체를 개발했다. 여기에 녹색 형광물질을 띄도록 처리해 살아있는 세포에 주입했다. 그 결과 노화에 영향을 미치는 텔로미어(Telemere) 말단이나 DNA를 읽어 단백질을 합성할 때처럼 각기 다른 DNA 지역과 시기에 녹색 반점이 나타났다 사라지는 것을 확인했다.

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특히 연구팀은 세포 주기 중 ‘G1’기에서 iM DNA가 가장 많이 관찰되는 것이 확인했다. G1기는 세포주기의 가장 첫 번째 단계로, 세포 생장의 필요한 단백질이 합성되는 시기다.

가반의학연구소 마흐디 자라티 연구원은 “DNA를 읽어 단백질을 만드는 G1기에 iM DNA가 많다는 것을 볼 때, 다른 유전자 지역이 활성화되는 데 영향을 미치는 것으로 추정 된다”고 설명했다.

가반의학연구소 표적치료센터 다니엘 크리스트 연구디렉터는 “그동안은 iM DNA를 추적하기 위한 항체가 없어 연구가 더뎠는데 이번에는 이를 해결했다”며 “앞으로 G4가 있는지도 찾아보고, 이런 4중 나선 DNA들이 나타나는 이유를 밝힌다면 그간 알 수 없었던 각종 질병과 노화문제에 새로운 접근법을 제시할 수 있을 것”이라고 말했다.

[김진호 기자 twok@donga.com]