세포 기능 결정하는 유전자 발현 조절 단백질 밝혀

의대 김형표 교수(환경의생물학) 연구팀

의대 김형표 교수(환경의생물학) 연구팀이 세포 고유 기능을 결정하는 전사 상분리체 형성에서 CTCF 단백질의 역할을 규명했다. 이번 연구 결과는 옥스퍼드대학교에서 발간하는 핵산 연구(Nucleic Acids Research, IF 16.971)에 최근 게재됐다.

신체를 구성하는 세포는 동일한 유전 정보를 보유하는 동시에 고유 기능을 수행한다. 고유 기능을 갖기 위해서는 세포 분화 과정에서 세포 정체성을 결정하는 유전자 발현이 필요하다. 

슈퍼-인핸서(Super-enhancer)는 이런 유전자 발현 단계에서 핵심적인 역할을 수행한다. 슈퍼-인핸서에 붙어있는 단백질이 상분리를 통해 ‘전사 상분리체’를 형성하는 것이 유전자 발현에서 중요하다고 알려져 있다. 하지만 전사 상분리체의 형성 과정에 영향을 미치는 요인에 관한 연구는 부족한 실정이다.

연구팀은 DNA 전사ㆍ복제를 조절하는 염색질 3차 구조가 슈퍼-인핸서의 기능을 제한한다는 사실에 착안해 염색질 3차 구조를 결정하는 핵심 단백질인 CTCF가 전사 상분리체에 미치는 영향을 검증했다. 

DNA 내 염기서열을 교정하는 크리스퍼(CRISPR) 가위를 이용해 세포에서 CTCF를 선택적으로 제거하고 동시에 상분리체를 만드는 개개의 단백질에 형광 물질을 부착해 초고해상도 현미경으로 관찰할 수 있도록 만든 세포주를 제작했다. 

연구팀은 염색질 3차 구조를 이루는 단백질인 CTCF의 유무에 따라 유전자가 위치한 염색질 3차 구조가 변화하는 것을 확인하고 CTCF가 결정하는 염색질 3차 구조가 전사 상분리체 형성을 직접적으로 조절한다는 것을 밝혀냈다. 

김형표 교수는 “유전자 연구 패러다임이 유전적 변이 발굴을 위한 1차원적인 염기서열 분석이나 전사조절부위 발굴을 위한 2차원적인 후성유전학적 특성 분석을 넘어서서 유전자가 존재하는 공간과 시간적 변화를 연구하는 4차원적 단계로 진화하고 있다.”며 “이번 연구 결과는 개인의 유전적인 정보 등 생물학적 특성은 물론 유전자와 질병 간의 연관성을 밝히는 열쇠가 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단과 서경배과학재단의 지원으로 수행됐다.