KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-09-30
사람이나 원숭이를 포함한 다양한 진핵 생물에서는 부계 유래와 모계 유래의 배우자가 접합한 후, DNA가 합쳐져서 다음 자손이 탄생한다. ‘DNA 상동 재편성’으로 불리는 이 현상은 생물의 유전적인 다양성의 획득을 가능케 해, 새로운 형질을 몸 속에 받아들여 환경에 적응해 나갈 수 있으며, 이를 통해 진화 이후에 중요한 역할을 하는 것으로 생각되고 있다. 그러나, 반면, 인플루엔자 바이러스 등의 원시적인 생명은 유전자로서 RNA를 가지고 있는데, 왜 진화한 고등 진핵 생물은 유전자로서 RNA가 아닌 DNA를 사용하고 있는지에 대한 해답은 명확히 알려지지 않았었다.
이에, 일본의 이화학 연구소 생체 초분자 구조?기능 연구팀은 생명이 환경의 변화에 적응하면서 진화한 이유 중 하나가 유전적 다양성을 획득하기 위한 유전 물질로서 RNA가 아닌 DNA를 선택한 결과일 것을 밝혔다. 즉, 서로 상동인 DNA 영역을 재편성하는 상동 재편성이 RNA가 아니고 DNA 고유의 화학 구조에 기인하고 있는 것을 밝혀낸 것이다. 상동 재편성은 상동 재편성 단백질이 촉매가 되어 진행되는데, 지금까지, 박테리아의 RecA라고 하는 단백질을 시작해 다양한 타입의 단백질이 촉매의 역할을 담당하는 것이 보고되고 있다.
거기에 연구팀은 형태나 크기, 입체 구조, 그리고 진화의 유래가 서로 다른 4종의 단백질을 선택해, 동일한 단일 나선 DNA와 결합시켜, 그 DNA의 입체 구조를 NMR법으로 해석했다. 그 결과, 놀랍게도 4종의 어느 상동 재편성 단백질과 결합해도, 단일 나선 DNA는 같은 구조를 하고 있는 것을 알게 되었다. 즉, 단백질과 결합하기 전에서는 줄어들고 있던 DNA가 결합 후는 길게 늘어져 DNA를 구성하는 염기가 재편성에 필요한 회전운동을 실시할 수가 있게 되었던 것이다. 한편, RNA에서는 이 길게 늘어진 구조를 얻을 수 없는데, 그 이유는 DNA 당쇄의 2번째 위치에 수소 원자(H)가 존재하는 것에 반해, RNA에서는 수산기(OH)가 위치하기 때문에, 그 용적이 크고, 근처의 염기와 충돌해 버려, 길게 늘어진 상태로 안정화할 수 없기 때문이다.
따라서, RNA를 유전자로 가지는 생명에서는 상동 재조합이 관찰되지 않기 때문에, 생명의 진화에는 DNA에서만 가능한 상동 재편성이 큰 역할을 하는 것으로 생각된다.
인플루엔자 바이러스 등, RNA를 유전자로서 가지는 원시 생명은 변화가 풍부한 변이를 빈번하게 일으키지만, 진화에 관여하는 상동 재편성은 일어나지 않으며, 실제로, 반대로 고등 생물은 진화하고 있다. 연구팀은 이번 결과가 이러한 사실과도 깊은 관계가 있다고 생각하고 있다. 본 연구 성과는 「원시 생명은 RNA로부터 시작되었음에도 불구하고, 왜 진화한 고등 진핵생명은 유전자로서 DNA를 사용하고 있는지?」라고 하는 물음에 대한 하나의 해답을 시사한 것으로 기대된다.
본 연구 성과는 미국의 과학 잡지 「The Journal of Biological Chemistry」(11 월호)에 게재되는데 앞서, 온라인판에 게재될 예정이다.
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