분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 관리자 ( 2007-04-02 12:58:19 , Hit : 3981
 생명의 근원을 암시하는 RNA의 결정구조

최근 RNA 기반 촉매의 X-선 구조를 통해 고대의 촉매가 현대적인 안목으로 재해석될 수 있었다.

본 연구 결과를 통해 RNA 두 조각이 연결된 RNA 기반 효소 혹은 리보자임(ribozyme)의 원자 수준 구조가 최초로 밝혀지게 되었다. 이러한 반응은 자기 복제(self-replication) 즉, 생명의 근원에 있어 매우 중요하다(Science 2007, 315, 1549). 본 연구 결과는 근본적으로 중요하다고 스크립스 연구소(Scripps Research Institute)의 제랄드 조이세(Gerald F. Joyce)는 말했다. 본 구조는 고대 RNA 기반 생명체의 화학 반응에 대한 통찰력을 제공한다.

DNA는 유전 정보의 코드를 갖고 있지만, 모든 흥미로운 일은 단백질이 수행한다고 캘리포니아 산타 크루즈 대학(University of California, Santa Cruz) 윌리암 스콧(William G. Scott)은 말했다.

DNA와 단백질이 독립적이지만, 연관된 역할을 수행한다는 사실은 분자 관점에서의 “닭이 먼저냐 혹은 계란이 먼저냐”라는 난문을 제기한다. 어느 것이 먼저 발생했을까? DNA인가 혹은 단백질인가? DNA가 유전 정보를 저장하는 보다 영속적 의미를 지니고, 단백질은 보다 효율적인 촉매로 고려되지만, RNA는 이러한 모든 역할 동시에 수행하게 된다.

RNA의 영속적 기능으로 인해 생명의 기원을 연구하는 과학자들은 오랫동안 진화의 최초 생물 분자로서 RNA를 제안해 왔다.

이러한 모델에 대한 중요한 흔적은 오늘날 분명하다. 예를 들어, 단백질은 리보좀으로 알려진 RNA 촉매에 의해 조립된다는 사실이다. 그러나 연구자들은 아직 자기 복제(이러한 기술은 생명의 전파에 필수적이며, 따라서 생명체 발생 이전 시대부터 RNA는 존재하고 있어야 함)를 촉진하는 리보자임을 관찰한 적이 없었다.

하지만, 몇몇 연구진은 자기 복제에서 중요한 첫 단계인 뉴클레오시드 트리포스페이트(nucleoside triphosphates)의 고분자 반응을 촉진할 수 있는 리보자임을 개발할 수 있었다. 예를 들어, MIT의 데이비드 바텔(David Bartel) 연구진은 14 RNA 염기를 연결하여 리보자임을 제조할 수 있었다. 그러나 최근까지 최초 생명에 대한 어떠한 구조도 밝혀진 것이 없었다.

로버트손은 텍사스 대학(University of Texas, Austin) 대학원생 시절 리보자임의 축소판인 새로운 리게이즈에 대한 원자 배위를 알기 위해 5년 이상의 시간을 소비하였다. 리게이즈(ligase)는 닫힌 고리를 형성하기 위해 자체의 5’와 3’ 말단에 결합한다. 0.26 nm의 결정 구조는 효소의 활성화 형태로서 해석된다고 조이세는 말했다. 또한 결정 구조는 자기-리게이션 반응(self-ligation reaction)의 닫힌 고리 생성물을 나타낸다. 위와 같은 일을 수행하기 위해서 촉매 중심은 세 개의 RNA 줄기 교차점에 위치하며, 팔배위 마그네슘 원자(octahedrally coordinated magnesium atom)뿐 아니라 정밀하게 위치한 다섯 개의 뉴클레오시드 염기를 필요로 한다.

촉매 반응에는 두 개의 구아닌-아데닌 염기쌍(guanine-adenine base pairs)이 포함된다고 로버트손은 말했다. 이러한 구아닌 중 하나는 촉매 주머니에 존재하는 3’ 유리딘 뉴클레오파일(3′ uridine nucleophile)이 5’트리포스페이트 그룹을 공격하도록 만든다. 결속된 물 분자는 뉴클레오파일로 경쟁하는 유리딘의 2’ 히드록실 그룹을 딴 곳으로 이동시켜, 생물학적으로 무관한 2’-5’ 결합의 생성을 저지한다.

리게이즈는 자기-연결 반응을 촉진하기 때문에 이들의 거동은 완전한 복제에 필요한 고분자 반응에서 뉴클레오시드 염기를 순차적으로 첨가할 수 없다. 그러나 레게이즈의 활성 위치에서 촉진된 화학 반응은 보다 복잡한 리보자임 리플리케이즈에 의해 중재된 반응과 유사하다고 조이세는 말했다. 활성 위치의 구조를 통해 리보자임이 단백질 효소 및 기타 리보자임에서 자연적으로 일어나는 생화학적 전략을 이용하는 것을 나타낸다고 그는 말했다.

35억년 전 고대 RNA 리플리케이즈 효소와 달리, 상세한 조사를 통해 RNA는 재창조될 수 있었다고 조이세는 말을 맺었다.

정보출처 : http://pubs.acs.org/
정보제공 : KISTI 글로벌동향브리핑(GTB)
(본 내용은 한국과학기술정보연구원과 정보이용 협약을 맺고 제공되며 저작권은 한국과학기술정보연구원에 있습니다.)







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