불필요한 RNA 분해 효소, '붙잡고 당기기'로 이중가닥 푼다

국내 연구팀이 세포 안에서 RNA를 분해하는 효소의 작동 원리를 처음으로 밝혔다. 게티이미지뱅크 제공.

세포는 유전 정보를 전달하는 리보핵산(RNA)를 제때 분해해야 정상적으로 작동한다. 국내 연구팀이 RNA 분해 효소 'Xrn1'의 작동 원리를 처음 밝혔다.

한국연구재단은 이광록 KAIST 교수팀이 Xrn1 효소가 RNA 이중가닥을 붙잡고 당기는 방식으로 풀어낸다는 사실을 확인했다고 18일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '뉴클레익 액시드 리서치'에 지난 10일 공개했다.

Xrn1은 세포 안에서 불필요한 RNA를 분해하는 역할을 한다. 비슷한 기능의 다른 효소들과 구조가 달라 작동 방식이 오랫동안 베일에 가려 있었다.

연구팀은 나노미터(10억분의 1미터) 단위로 Xrn1의 움직임을 관찰했다. 그 결과 Xrn1이 RNA를 강하게 붙잡고 당기는 방식으로 작동한다는 것을 알아냈다.

연구팀은 Xrn1 효소가 RNA 가닥을 붙잡고 당겨 이중가닥을 풀어 분해한다는 사실을 확인했다. 한국연구재단 제공.

Xrn1은 먼저 이중가닥 RNA 끝에 노출된 단일가닥을 정전기 작용으로 강하게 붙잡는다. 분해 과정에서 발생하는 화학 에너지를 스프링처럼 축적한다. 에너지가 일정 수준 모이면 순간적으로 방출해 RNA를 당기고 그 힘으로 이중가닥을 푼다.

대부분 효소는 'ATP'라는 별도의 화학 에너지를 써서 작동한다. Xrn1은 ATP를 따로 쓰지 않고 RNA를 분해할 때 나오는 에너지를 기계적 힘으로 바꿔 쓴다.

연구팀은 RNA 대사 조절과 연관된 질환의 치료 전략 개발에 중요한 단서가 될 것으로 기대한다. Xrn1은 RNA 농도 조절, 항바이러스 방어, 면역 반응, 암세포 생존 조절 등 다양한 생리적 과정에 관여한다.

이광록 교수는 “효소가 단순한 화학 반응을 넘어 물리화학적으로 정교하게 설계된 분자 기계처럼 작동한다는 점을 입증했다”고 연구의 의미를 말했다.

<참고 자료>

10.1093/nar/gkag170

이광록 교수(왼쪽부터), 이준혁 광주과학기술원(GIST) 생명과학부 박사과정생. 한국연구재단 제공.

[조가현 기자,문혜원 인턴기자 gahyun@donga.com,moony@donga.com]