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2019/11/11 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자

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[이달의 연구자] 남진우 교수, 마이크로RNA에 의한 새로운 유전자 조절기전 규명

유전자 조절기전 발견해 주요 질병 진단과 치료의 초석 마련

김현섭

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/MD8BB

내용

세포는 DNA로부터 얻어낸 유전자 정보를 기반으로 단백질을 생성한다. 이 과정을 유전자의 발현이라고 한다. 유전자 발현 과정에서 다양한 조절이 이뤄진다. 남진우 서울캠퍼스 생명과학과 교수가 새로운 조절 기전(메커니즘)인 UMD를 최초로 발견했다. 연구결과(논문명 "UPF1/SMG7-dependent microRNA-mediated gene regulation")는 지난 9월 13일 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 게재됐다.

 
세포는 DNA의 유전자를 이용해 단백질 만드는 과정을 다양한 방법으로 조절한다. 마치 강의실의 형광등을 켜는 원리처럼 스위치(단백질 발현 조절 인자)를 통해 불의 점멸(단백질 발현 유무)을 조절한다. 차이가 있다면 불의 밝기까지 조절하고 선택하는 것이다.

세포는 ‘DNA→mRNA(핵 안에 있는 DNA의 유전정보를 세포질 안의 리보솜에 전달하는 RNA)→단백질’의 유전자 발현 단계를 거치며 발현 정도를 크게 두 번 조절한다. ‘DNA→mRNA’와 ‘mRNA→단백질’ 단계에서는 각각 '전사조절’과 ‘번역조절’이 이뤄진다.
 
▲남진우 서울캠퍼스 생명과학과 교수가 유전자 발현 기전을 설명하고 있다. 남 교수는 새로운 ‘번역조절’ 메커니즘을 UMD라고 명명했다.

남 교수는 ‘번역조절’을 담당하는 조절인자 마이크로RNA(유전자 발현 조절 등의 기능을 하는 RNA)와 RNA의 품질관리(세포 내 잘못 생성된 RNA를 가려내는 행위)를 담당하는 조절인자 UPF1 사이에 또 다른 ‘번역조절’이 존재한다는 걸 밝혔다. 남 교수팀은 이 유전자 발현 조절을 UMD로 명명했다. 정상 mRNA가 UPF1에 의해 분해 조절되는 현상은 마이크로RNA와 UPF1의 상호작용 때문이다.

유전자 발현 조절의 주체를 밝히는 것은 질병의 진단과 치료의 초석이다. 문제 되는 단백질이 어디서 어떻게 생성되는지를 파악할 수 있기 때문이다. 특히, mRNA의 품질관리 기전과 마이크로RNA에 의한 유전자 발현 조절은 암과 뇌 질환에 직접 영향을 준다. UMD를 통해 마이크로RNA에 의해 조절되는 유전자의 예측력이 크게 올라가면서 표적 치료를 개발하는 길이 열리게 된다.
 
▲UMD 조절 방식. 정상 mRNA의 분해가 마이크로RNA와 UPF1의 상호작용에 의해 조절된다. (남진우 교수 제공)

연구는 남 교수와 황정욱 의과대학 유전학교실 교수가 각자의 연구데이터를 공유하면서 시작했다. 황 교수는 정상 mRNA가 UPF1에 의존해 분해되는 현상에 주목했다. 남 교수는 기존에 수행하던 연구를 통해 마이크로RNA가 이와 관련이 있음을 유추했다. 남 교수는 일차적으로 생물정보학적 분석을 시행하면서 황 교수와 함께 실험적 검증을 진행했다.

연구의 시작부터 논문이 나오기까지 총 4년 6개월가량 소요됐다. 남 교수는 “처음 1년은 빅데이터 기반의 생물정보학적 분석을 통해 가설 설정과 통계적 검정에 집중했다”고 밝혔다. 이후 실제 실험 설계, 시행과 실험 검증을 반복하며 2년를 추가로 소요했다. 그는 “실험 과정에서 샘플이 알 수 없는 이유로 잘 자라지 않아 예상보다 6개월 이상의 시간이 더 걸렸다”며 연구 과정의 어려움을 전했다.

이번 연구는 데이터 과학의 대표 분야인 생물정보학에 기반한 방법으로 진행했다. 생물정보학은 기존 학계에 공개된 연구 데이터를 통합, 분석해 새로운 연구 가설을 세우고 통계적 검증을 진행한다. 남 교수는 “덕분에 한두 개의 유전자 기능에 초점을 맞추기보다 일반적인 유전자 발현 조절 원리를 규명하는 데 집중할 수 있었다”고 전했다.

한편, 남 교수는 생물정보학 및 유전체 연구실(BIG Lab, http://big.hanyang.ac.kr)에서 연구 책임자로 연구 활동을 이어가고 있다.


글/ 김현섭 기자          swiken1@hanyang.ac.kr
사진/ 김주은 기자        coram0deo@hanyang.ac.kr
 
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