생명과학전공 김태수 교수팀 연구 결과 <Nucleic Acids Research>에 게재
김태수 ( tskim@ewha.ac.kr)
자연과학대학 생명과학전공 김태수 교수 연구팀이 크로마틴 기반의 유전자 발현 조절에 중요한 NuA3 복합체(NuA3 histone acetyltransferase complex)의 새로운 기능을 밝혔다. 지속적인 환경변화를 겪는 세포들의 유전자 발현 조절에 중요한 역할을 하는 NuA3 복합체의 기전을 밝힌 본 연구결과는 10월 3일(금) S급 국제학술지인 <Nucleic Acids Research>(IF=11.501, 상위 4.8%)에 게재됐다.
김태수 교수와 공동 제1저자 김지현 박사
김태수 교수는 선도연구센터지원사업(세포항상성연구센터, 2012-2022), 원천기술개발사업(포스트게놈 다부처 유전체사업, 2017～2021), 그리고 바이오·의료기술개발사업(연구수요기반 유망기술개발사업, 2017～2021)의 지원을 받아 후성유전학(Epigenetics) 관련 인자들에 의한 유전자 발현 조절 및 암 발병 기전에 관한 연구를 수행하고 있으며, 이번 연구는 공동 제1저자인 본교 생명과학전공 김지현 박사, 윤채영 씨, 전유경 박사와 함께 진행했다.
‘후성유전학(Epigenetics)’이란 DNA 염기서열은 동일하지만 다양한 환경변화에 의해 나타나는 유전자 발현 변화, 그로 인한 세포의 형태 및 기능 변화를 이해하고 연구하는 학문이다. 세포들은 자연상태에서 성장하는 동안 다양한 환경 변화를 겪으며 이에 적응하기 위해 유전자 발현 패턴을 빠르게 변화시킨다. 예를 들어, 비단잉어의 한 종류인 코이(Koi)는 실내에 있는 작은 어항에서 키우면 약 5~8cm밖에 자라지 않지만 조금 큰 수족관에서는 약 25cm까지, 강에서는 약 1m 이상의 크기까지 성장한다. 이와 같이 동일한 DNA 염기서열을 가지고 있지만 자라는 환경의 변화 혹은 외부 자극에 의해 다른 형태 및 기능을 가진 개체로 변화하는 현상은 DNA 염기서열로 이루어진 유전자의 기능만으로는 설명할 수 없다. 이러한 현상을 이해하고자 하는 학문인 후성유전학은 유전자 발현 조절에 문제가 생길 경우 암을 비롯한 각종 질병의 원인이 될 수 있어 바이오·의료 분야에서 그 중요성이 높아지고 있다.
김태수 교수 연구팀은 DNA 메틸화와 히스톤 단백질의 변형, 그리고 비암호 RNA 전사에 의한 유전자 발현 조절 및 그에 따른 세포내 대사과정 조절 등 후성유전학 분야의 다양한 연구를 진행하고 있다. 특히 히스톤 단백질 변형은 그 위치와 형태에 따라 유전자 발현 조절에서 매우 중요한 기능을 하는 것으로 알려져 있는데 이 히스톤 변형에서 ‘NuA3 복합체’는 히스톤 단백질을 아세틸화시켜 유전자 발현 촉진을 유도하는 인자로 예상되고 있다. 하지만 이에 대한 정확한 분자생물학적 작용기전에 대해서는 알려지지 않았다. 또한, 다양한 히스톤 변형에 결합할 수 있는 것으로 알려진 NuA3 복합체 내 단백질들의 상호작용 기전에 대해서도 역시 보고된 바가 없었다.
NuA3 복합체에 의한 유전자 발현 조절
이번 연구를 통해 본교 연구팀은 NuA3 복합체가 세포내에서 적어도 2가지 이상의 형태로 존재하며 각각이 서로 다른 기전을 통해 유전자 발현을 조절한다는 것을 규명했다. 또한 NuA3 복합체가 Rpd3라는 히스톤 탈아세틸화효소를 포함하는 복합체(Histone deacetylase complex)와의 경쟁을 통해 히스톤 아세틸화를 유지하고 최적화된 유전자 발현을 유도함을 밝혀냈다. 이를 통해 다른 크로마틴 조절 복합체 연구에 새로운 접근 방법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
NuA3 복합체는 효모부터 인간에 이르기까지 잘 보존되어 있는 것으로 알려져 있으며, 특히 인간의 MOZ/MORF 복합체와 그 구조가 매우 비슷하다. 또한 NuA3 복합체에 속해 있는 Yng1 단백질은 MOZ/MORF 복합체에 속하며, 종양억제인자로 알려진 ING1 단백질과 매우 유사하다. 따라서 본 연구결과는 아직 기능이 명확히 알려지지 않은 MOZ/MORF 복합체에 대한 향후 연구 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 김태수 교수는 “본 연구를 통해 제시한 NuA3 복합체에 의한 유전자 발현 조절 메커니즘을 통해 MOZ/MORF 복합체에 의한 암 제어 기전을 이해할 수 있을 것”이라고 밝혔다.