분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2013-08-27 12:34:17 , Hit : 2198
 풀린 매듭이 암을 유발하는 과정 발견

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2013080462&service_code=03  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-08-27      
          
연구원들은 오랫동안 인간의 세포에서 특정 단백질의 높은 수치가 종양의 성장에 연관되어 있다고 알고 있었으나, 이러한 현상이 어떻게 일어나는지 아무도 제대로 이해하지 못했다.

이제, UC 데이비스의 대학원생 Kateryna Feoktistova와 조교수 Christopher Fraser는 진핵 생물의 개시 인자 4E (eIF4E) 단백질이 암을 촉진하는 메신저 RNA 분자에 어떻게 작용하는지 밝혀졌다. 번역할 때 이러한 유형의 메신저 RNA는 제멋대로 세포 복제를 활성화하여 결과적으로 악성 종양을 유발한다.

8월 13일 미국국립과학원회보 (Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재된 본 연구 결과는 수십년 동안 과학적 수수께끼를 해결하고 정상 세포에 나쁘게 작용하는 암 세포의 성장 촉진에만 관여하는 매우 새로운 특정 암 치료법으로 이어질 수 있다.

Fraser 조교수는 “단백질 elF4E는 이러한 세포 경로의 매우 중요한 번역 개시 인자 중 하나이며, 세포 내에서 이 단백질의 수치와 가용성을 조절하기 위해서 많은 에너지가 존재한다”고 말했다. 이 단백질의 역할을 우연히 찾으려면 본 연구 분야에 관해 매우 혁신적인 아이디어가 필요하다. 이제 과학자들은 이러한 단백질의 새로운 활성 및 성장 촉진과 암의 관계에 대한 연구를 시도할 수 있다.

모든 주요 암의 30퍼센트에서 높은 수치의 elF4E 단백질이 발견되며 이미 이 단백질은 약학연구업의 연구 대상이다. 현재 진행되는 약물의 임상 실험은 eLF4E 단백질이 오랫동안 메신저 RNA 5’ 상단 끝부분을 막아 매듭 구조가 풀리지 않도록 하는 것이다. 그러나 elF4E 단백질이 메신저 RNA 5’ 상단의 매듭 구조에 결합하는 정도와 암 세포와의 연관성을 완벽히 설명하지 못했다.

대학원생 Feoktistova와 조교수 Fraser는 메신저 RNA 가닥의 상단 영역을 연구하면서 이러한 수수께끼를 풀어냈다. 암을 촉진하는 많은 메신저 RNA는 전형적인 메신저 RNA 보다 더욱 복잡한 구조를 가지고 있다. 암 세포가 유발된 환자의 경우, 리보솜이 결합하고 세포의 단백질을 구축하는 유전 정보를 아미노산으로 번역하는 과정이 시작되기 이전에 메신저 RNA 가닥의 시작 부분인 5’ 상단에 존재하는 단단히 매듭지어진 영역이 반드시 풀려져 있다.

보통 매듭 구조는 번역 과정을 시작하는 것으로부터 대부분의 리보솜이 결합하는 것을 방해하기 때문에 암 유발 메신저 RNA는 효과적으로 번역될 수 없다. 그러나 단백질 elF4E 수치가 높아지면 또다른 단백질 4A를 활성화시켜 이 매듭 구조는 풀리게 되고 유전 정보가 단백질로 번역되어 세포를 악성 종양으로 발전시킨다.

즉, 암을 유발하는 mRNA는 5’ 상단에 매듭구조를 가지고 있어 번역이 일어나지 않는데, 번역 개시 인자 elF4E가 매듭을 푸는 elF4A 단백질을 활성화시켜 리보솜이 결합해 번역이 일어나게 한다.

1978년 최초로 단백질 elF4E를 발견한 맥길 (McGill) 대학교의 Nahum Sonenberg 교수는 이것에 관한 발견은 ‘아름답고 논리적 연구’라고 부르며 열정을 표현했다. 그는 “단백질 elF4E는 정말 큰 발견이며 우리가 가지고 있는 생물학의 많은 부분을 설명한다. 메신저 RNA는 elF4E에 민감하지만 사람들은 이것이 어떻게 작용하는지에 대해 의문을 가졌지만 질문에 대답할 수 없었다. 지난달 Chris Fraser 교수의 논문을 통해 비로소 의문에 답할 수 있었다”고 말했다. 그는 “본 연구 결과는 내 인생을 훨씬 쉽게 했다”고 농담을 던졌다.

5년차 박사과정 대학원생이자 UC 데이비스에서 학사과정을 마친 Feoktistova는 elF4E의 큰 단백질 복합체의 개별 구성 요소를 정제한 다음 누락된 요소와 함께 복합체의 활성 정도를 측정했다. 이러한 과정에서 그녀는 4E가 4A를 활성화시킨다는 것을 처음으로 알아냈다.

단백질 복합체는 4E 단백질 없이는 활성화되지 않았다. 이전의 연구원들은 단백질 4E가 없이 상태에서 4A를 연구하지 않았기 때문에 이들 각각의 단백질 구성 요소를 분리하는 것은 매우 어려웠다. Fraser 교수는 매듭 구조를 완벽하게 풀기 위해서는 단백질 4E와 4A 간의 상호작용이 유지되어야 한다고 덧붙였다.

만약 우리의 몸 안에서 단백질 4E와 4A 결합이 끊어지면, 이들 복합체는 작동을 멈추게 된다. 그러나 만약 세포 주변에 많은 단백질 4E가 존재하거나 복합체에서 4E가 떨어져 나가면 또 다른 것들을 쉽게 찾을 수 있다 (그림 참조).

이제 연구원들은 오랫동안 알려진 4E와는 별도로 메신저 RNA 상단의 매듭 영역을 풀도록 elF4A 단백질을 활성화시킬 수 있다.

UC 데이비스의 생물과학 학장인 James E.K Hildreth는 “수십 년 동안 이들 단백질의 기능에 관한 중요한 새로운 발견이 없었던 것이 사실이다. 따라서 본 연구결과는 세포 생리학 부분의 4E와 4A 단백질의 근본적인 중요성을 부여하였기 때문에 교과서가 개정될 가능성이 있다”고 말했다.

본 연구진의 다음 연구는 4E, 4A 그리고 나머지 복합체를 함께 메신저 RNA로 번역하는 방법을 연구하는 것이다.


http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-08/uoc--huk082013.php







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