생명硏-카이스트 공동연구진, 히스톤 단백질 변형 메커니즘 규명

유전물질인 DNA의 염기서열 변화 없이 유전자 기능이 변화해 후대에 유전되는 현상을 후성유전이라고 부른다. 최근들어 쌍둥이 사이에 나타나는 각종 생물학적 차이부터 시작해 암의 발병까지 다양한 생체 현상이 후성유전학적으로 설명되고 있어 주목받는 연구분야이다. 그러나 후성유전이 어떤 방식으로 발현되는지에 대해 정확히 알려져 있지 않다.

한국생명공학연구원 유전체맞춤의료연구단, 카이스트 생명과학과 공동연구진은 후성유전 핵심인자로 밝혀진 히스톤 단백질의 화학적 변화를 조절할 수 있는 원리를 발견했다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 히스톤 단백질의 변이를 표적으로 하는 물질 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대되고 있다.

이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘핵산 연구’ 최신호에 ‘주목할 논문’으로 선정돼 실렸다.

세포 핵 내부에는 염기성 단백질인 히스톤과 DNA 등으로 구성돼 있다. 히스톤 단백질은 DNA를 감싸고 있으면서 유전자 발현을 조절하는데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 특히 히스톤 꼬리의 화학적 변화에 따라 각기 다른 단백질 생산을 유도하기 때문에 DNA 복제에서도, 후성유전학에서도 중요하다.

H2A, H2B, H3, H4는 대표적인 히스톤 단백질로 이 중 히스톤 H3에 의한 메틸화라고 부르는 촉매반응은 유전체 발현, 유전체 전체 안정성 유지, 재조합 조절 같은 핵심적인 유전체 기능 조절에 깊이 관여한다. 히스톤 H3가 비정상적으로 변이될 경우 유전자 발현 이상을 일으켜 암을 유발하고 항암제 내성을 일으키기도 한다.

연구팀은 세포에서 분리해낸 히스톤 H3단백질에 메틸화 조절효소를 이용해 체내에서 일어나는 히스톤 단백질 변성을 시험관에서 재현해 내는데 성공함으로써 히스톤 H3 단백질의 메틸화 반응이 효소의 구조적 변성에 의한 것이라는 분자적 원리를 밝혀냈다.

연구팀 관계자는 “이번 연구로 히스톤 H3 단백질의 메틸화를 제어함으로써 세포 분화나 암세포 분화, 역분화를 조절해 질병을 치료하는 약물이나 원천기술을 개발할 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr