기초과학연구원(IBS)은 유전체 항상성 연구단 이규영 연구위원(한림대 의과대 교수) 연구팀이 가장 심각한 DNA 손상으로 알려진 ‘DNA 이중나선 절단’의 초기 복구 단계가 정교하게 조절되는 메커니즘을 규명했다고 23일 밝혔다.

이 복구 과정에 문제가 생기면 유방암, 난소암 등을 일으킬 수 있다. DNA 이중나선 절단은 생명 유지에 필요한 모든 정보를 가지고 있는 게놈 안정성을 위협하는 가장 위험한 DNA 상해 유형이다. 이에 대응하기 위해 우리 몸의 세포는 ‘상동재조합 복구 시스템’을 가동한다. 이 복구 시스템은 복구 결함과 돌연변이를 적게 발생시킨다. 제대로 작동하지 않으면 세포가 사멸하거나 절단된 DNA가 다른 DNA 부위에 결합하는 등의 변형과 암을 유발할 수 있다.

상동재조합 복구는 여러 단계를 거치며, 각 단계는 다양한 복구 단백질에 의해 정교하게 조절된다. DNA 이중나선 절단이 발생하면, MRN 단백질 복합체가 절단 인접 부위에 DNA 틈을 만들고, 틈을 기준으로 양방향으로 ‘DNA 말단절제’가 일어난다. 말단절제는 절단 부위 말단에 결합해 있는 KU70·80 단백질을 제거해 DNA 복구 합성의 시작점인 말단 부위를 드러나게 한다. 이후 DNA가 절제되면서 단일 가닥으로 노출된 말단 DNA는 정상의 상동 염색체 DNA에 침입해 상동 염색체의 상보적 DNA를 주형으로 새로운 DNA를 합성한다.

연구팀은 이전 연구에서 암 억제 단백질인 ‘ATAD5’가 상동재조합 복구 과정에서 핵심적 역할을 수행한다는 사실을 밝혔다. 이번 연구에서는 상동재조합 복구 초기 단계인 DNA 말단절제 과정에 DNA 복제 단백질 ‘PCNA’가 관여하며 ATAD5가 이를 조절한다는 것을 확인했다. 연구팀은 ATAD5가 제대로 역할을 하지 못하면 복구 결함과 게놈 불안정성이 나타나는 메커니즘도 규명했다.

이규영 연구위원은 “상동재조합 복구의 후반 단계인 DNA 복구 합성 과정에서의 PCNA 역할은 잘 알려져 있었지만, 이번 연구로 그간 밝혀지지 않은 복구 초기 단계에서의 PCNA 역할과 중요성, 분자생물학적 조절 과정을 밝혔다”며 “상동재조합 복구에 문제가 있는 경우 발생할 수 있는 유방암 및 난소암 등에 대한 새로운 항암 전략 수립에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제 학술지 ‘핵산 연구'(Nucleic Acids Research)에 지난달 22일 온라인 게재됐다.