분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2014-11-03 08:40:59 , Hit : 1492
 거울이미지 RNA효소와 생명이 기원

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014101272&service_code=03  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-11-03    
      
거울이미지처럼 보이는 한 쌍의 손처럼 DNA와 RNA와 같은 생물입자들은 왼손잡이나 오른손 잡이의 형태로 나타난다. 일반적으로 거울이미지형태를 인지하는 효소는 서로를 접촉하지 않는다. 하지만 연구자들은 리보자임 (ribozyme)이라 불리는 RNA를 분리했다. 이 효소는 반대형태의 RNA를 합성한다. 처음에는 난해하게 들리겠지만 유사한 거울이미지를 만드는 RNA는 초기 생명체의 진화에서 어떤 역할을 했을 것이다.

연구자들은 RNA를 생명의 기원에서 중요한 역할을 하는 것으로 생각했다. 이는 이 RNA입자는 유전자 정보를 저장할 수 있기 때문이며 단백질처럼 보통은 느린 반응과정에서 속도를 높이는 화학적 촉매제 역할을 한다. 많은 연구자들은 생명체는 RNA가 다른 RNA입자를 복제하도록 진화하는 “RNA세계”에서 시작되었을 가능성이 높다고 믿고 있다. 이러한 시나리오에서 좀 더 DNA가 특화되면 단백질은 좀 더 뒤에 나타나게 된다.

DNA처럼 RNA는 네 가지 뉴클리오티드 염기 (nucleotide bases)로 만들어진다. 이러한 경우에 뉴클리오티드는 A, U, C, G의 약자로 표시될 수 있다. 리보자임이 RNA를 복제할 때 보완적인 염기를 담고 있는 가닥을 형성하는 주형으로서 사용되는 단일 RNA가닥으로부터 시작된다. C는 G와 상호보완관계이며 A는 U와 보완관계이다. 그래서 만일 ACCGU의 주형가닥으로 이루어져 개별 뉴클리오티드가 함께 시험관에 부유하고 있다면 이 보완적인 염기인 UGGCA는 그 파트너를 주형 가닥에서 잡게 된다. 그리고 이러한 보완관계의 염기가 손상되지 않은 보완 RNA 가닥을 형성하기 위해서 리보자임은 부근의 뉴클리오티드와 함께 화학적으로 용접될 필요가 있다. 이것은 마치 기차의 화차들이 서로 연결되어 기차를 이루는 것과 같다.

RNA 뉴클리오티드와 화차 사이의 차이는 개별 뉴클리오티드는 오른손 또는 왼손 형태로 들어올 수 있으며 D- 또는 L-뉴클리오티드로 알려져 있다. 모든 자연적으로 발생된 RNA는 D-RNAs이다. 하지만 연구자들은 실험실에서 L-RNAs를 만들 수 있다. 보통 D-뉴클리오티드를 담고 있는 리보자임은 L-뉴클리오티드와 접촉하지 않는다. 그리고 L-뉴클리오티드를 담고 있는 리보자임은 D-뉴클리오티드는 접촉하지 않는다. 하지만 만일 보완적으로 결합될 수 있는 가닥에서 반대편의 뉴클리오티드가 적절하게 비틀게 되면, 리보자임을 속여서 결합되어 그 가닥을 증대하도록 하면 급진적인 결과를 가져온다. 30년 전에 당시 샌디에고의 설크 생물학연구소(Salk Institute for Biological Studies)의 대학원생이었던 제랄드 조이스 (Gerald Joyce)를 포함한 연구자들은 만일 반대편의 뉴클리오티드가 자라고 있는 D- 또는 L-RNA 보완가닥과 결합하게 되면, 성장을 멈추게 된다고 주장했다. 현재 샌디에고의 스크립스 연구소 (Scripps Research Institute)에 있는 조이스는 “이것은 독과 같다”고 말했다.

이번 발견은 지금까지 과학자들이 풀지 못했던 생명의 기원문제의 수수께끼를 제기하고 있다. 생명체가 시작되기 전에 D-와 L-뉴클리오티드는 원시수프 상태에서 풍부하게 존재했을 것이다. 만일 그렇다면 어떻게 RNA효소가 독성물에 의해서 영향을 받지 않고 RNA복제를 수행할 수 있었을까? 현재 조이스와 그의 박사후 연구원인 조나단 스제판스키 (Janathan Sczepanski)는 가능한 해결책을 제안했다. 학술지 <네이처>지에 발표된 논문에서 이들은 실험관 진화법 (test-tube evolution)이라는 기술을 이용해서 D-와 L-RNA 뉴클리오티드의 혼합물에서 정반대 형태로 RNA 가닥을 만들어낼 수 있는 능력을 갖는 리보자임을 생성하도록 만들었다. 또한 D-RNA 리보자임으로 시작할 때 L-RNA 보완적인 가닥을 합성하기 위한 L-RNA 주형을 선호한다. 이처럼 D-RNA 주형에서 D-RNA 보완적 가닥을 합성하는 L-RNA 리보자임을 선호하게 된다. D-RNA와 L-RNA 리보자임은 모두 자신의 거울이미지 복제를 갖게 된다.

이 리보자임은 비전통적인 방법으로 작동하게 된다고 조이스는 설명했다. 이 보완적인 RNA 염기가 서로를 인식하는 주형과 보완적인 가닥의 반대편에 도달하는 곳을 인식하는 대신에 이 효소는 보완적 가닥에 대한 RNA 염기를 구성하는 전체적인 형태를 인식하고 옆에 존재하는 것과의 결합한다. 이번 연구에는 참여하지 않았던 하버드 대학의 생명체 기원에 대한 연구를 수행하고 있는 잭 소스탁 (Jack Szostak)은 “이것은 RNA가 촉매하는 RNA 복제를 향한 매우 흥미로운 발전”이라고 평가했다. 하지만 소스탁은 어디에서 이러한 D-RNA와 L-RNA 리보자임이 처음에 왔는가에 대한 문제가 제기된다. 아마도 이에 대한 해답은 영원히 찾지 못할 수도 있다. 하지만 이번에 발표된 새로운 연구는 만일 이러한 교차-복제 리보자임이 초기에 발생했다면 좀더 복잡한 RNAs의 진화를 가속화하기 위한 RNA의 거울이미지 형태의 복제가 이루어질 수 있다고 주장한다. 만일 뒤에 나타나는 좀 더 복잡한 RNAs – D-RNA-가 좀 더 능력을 갖고 있다면 자신을 복제하도록 하고 오늘날 우리가 볼 수 있는 뉴클리오티드의 단일형태를 촉진한다.

출처: <사이언스> 2014년 10월 29일


http://news.sciencemag.org/biology/2014/10/mirror-image-rna-enzymes-may-hold-clues-origin-life







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