울산과학기술원(UNIST)과 IBS 공동 연구팀이 세포 분열 과정에서 염색체 손상을 막는 마지막 안전장치인 LEM-3 단백질의 정확한 작동 메커니즘을 세계 최초로 밝혀냈다.

UNIST 의과학대학원 안톤 가트너 특훈교수와 IBS 유전체항상성연구단 스테판 롤랑 연구위원은 세포 분열 중 발생할 수 있는 DNA 연결고리를 절단하는 단백질의 분자 수준 작동 방식을 규명했다고 20일 발표했다.

인체 안에서는 매일 수십억 개의 세포가 분열하며 장은 13일, 피부는 23주 주기로 새로운 세포로 교체된다. 이 과정에서 DNA 복제나 염색체 분리가 불완전하게 이뤄지면 두 딸세포 사이에 DNA 브리지가 형성된다.

이 구조가 적절히 제거되지 않으면 염색체 이상, 유전 정보 손실, 더 나아가 암 발병까지 초래할 수 있다.

연구진은 LEM-3 단백질의 두 가지 핵심 영역을 확인했다. LEM-like 영역은 DNA 브리지를 인식하고 단백질을 미드바디에 정확히 위치시키며 GIY-YIG 영역은 연결고리를 절단하는 기능을 담당한다.

연구팀은 LEM-like 영역에 돌연변이를 유발했을 때, LEM-3가 세포질이 아닌 핵 내부로 잘못 이동해 DNA를 무분별하게 절단하고 배아 발달을 저해함을 확인했다.

스테판 롤랑 연구위원은 이 단백질을 '최종 해결사'에 비유하며 "LEM-3는 마치 의사의 수술 나이프와 같다. 정확한 위치에서 작동할 때는 생명을 구하지만, 잘못된 곳에 있으면 치명적 위험이 된다"고 말했다.

이번 연구는 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)을 모델 생물로 사용했으며 인간에게는 LEM-3와 유사한 ANKLE1 단백질이 존재한다. 안톤 가트너 교수는 "ANKLE1이 유방암과 대장암 등과 연관된 유전자로 알려져 있어, 이번 발견이 암 예방 및 치료 전략 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 전망했다.

이 연구 결과는 국제학술지 '핵산 연구(Nucleic Acids Research)'에 지난 4월 11일 게재됐으며 한국연구재단, IBS, 영국 생명공학·생명과학 위원회 등의 지원으로 수행됐다.