POSTECH 화학과 반창일 교수팀
-국내 연구진과 함께 ‘DNA 염기쌍 오류 복구 메커니즘’ 밝혀

국내 연구진에 의해 유전성 대장·직장암, 유방·난소 종양 등의 질병을 치료할 수 있는 길이 열렸다. 교육과학기술부는 31일 포항공대 이종봉 교수, 박사후 연구원 정철현 박사, 박사과정 조원기씨가 주도한 연구에서 DNA 염기쌍 오류 복구에 관련된 근본적 질문 중 하나인 ‘DNA 효소들이 어떻게 특정 위치를 찾아내고 그 신호를 전달하는지’에 대한 해답이 물리학과 생화학의 융합연구로 밝혀졌다고 밝혔다.
 
이번 연구에는 포항공대 반창일 교수팀과 미국 오하이오 주립대 리차드 피셸 교수팀도 참여했다. 연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지인 ‘네이처’의 자매지 ‘네이처 스트럭처럴 몰레큘러 바이올로지’ 온라인 속보(30일 미국 동부시간)에 게재됐다.

이종봉, 반창일 교수팀은 DNA와 DNA 오류 복구에 참여하는 단백질 간 상호작용과 단백질 움직임을 물리학적 연구·분석 방법과 생화학적 조작을 통해 나노미터 수준에서 실시간으로 관측하는데 성공했다.
1 나노미터는 10억분의 1m로, 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1에 해당된다. 이 교수팀은 연구자들의 오랜 숙제인 ‘DNA 오류 복구 시스템에서 오류 염기쌍을 찾는 단백질(MutS)이 어떻게 30억 개의 염기쌍들 중에서 잘못된 하나의 염기쌍을 찾아낼 수 있을까?’라는 질문에 대한 해답을 박테리아 시스템을 이용해 규명한 것이다.
 DNA를 복제하거나 재조합할 때, DNA에서 염기쌍 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류가 누적되면 돌연변이가 생겨 세포 기능에 심각한 문제를 일으키고, 심지어 암세포가 발생하기도 한다.
반면 우리 몸에는 이러한 DNA 오류를 자동으로 복구하는 시스템이 존재한다. 연구팀은 전반사 형광 현미경을 이용한 단일분자 기술(FRET), 단일입자추적(single-particle tracking) 등의 물리학적 연구·분석 방법과 DNA 및 단백질에 대한 생화학적 조작을 통해 우리 몸의 DNA 염기쌍 오류 복구 시스템을 단일분자 수준에서 연구할 수 있는 방법을 개발한 것이다.

이 교수는 “이번 연구는 물리학과 생화학의 융합연구를 토대로 DNA 염기쌍 오류 복구의 시작을 담당하는 MutS 단백질을 실시간으로 관측해 MutS의 오류 염기쌍 인식과 그 오류 염기쌍의 존재를 알리는 메커니즘을 규명했다”며 “이는 그동안 해결하지 못했던 DNA 염기쌍 오류 복구 메커니즘을 단일분자 수준에서 밝힐 수 있는 방법을 제시한 것으로 의미가 있다”고 연구 의의를 밝혔다. 또한 “생체 내에서 DNA 염기쌍 오류 복구의 실패는 유전성 대장·직장암, 유방·난소 종양 등의 질병을 일으키므로, DNA 오류 복구 메커니즘을 이해하는 것은 해당 질병을 근본적으로 치료하는데 공헌할 것으로 기대한다”고 향후 영향력을 전망했다.

한편 이번 연구는 교과부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원을 받아 수행됐다.

<조선일보 2011.01.31일자>