2014-07-31

우리 시스템생물학과의 박수형 박사와 장연규 교수는 2014 년 6 월 1 일 Nucleic Acids Research 저널에 그동안 미스터리로 남아있던 이질염색질 복제과정 (heterochromatin replication)의 초기단계가 어떻게 진행되는 가에 대한 분자기작을 설명하는 연구결과를 발표하였다 . 이 연구결과의 연구배경과 결과 , 그리고 생물학적 의의에 대해 아래와 같이 간략하게 소개한다 .

모든 생명체의 생존을 위해서는 세포분열을 동반하는 세포증식이 이루어져야 한다 . 하나의 모세포가 두 개의 딸세포를 만드는 과정은 매우 복잡하다 . 특히 DNA 를 포함하는 염색체의 복제가 선행되어야 한다 . 이런 DNA 복제가 일어나는 시기를 세포주기 중에서 S 기라고 부른다 . 우리 인간을 포함한 모든 진핵생물체에서 발견되는 염색체는 유전자가 주로 함유된 부위인 진정염색질과 유전자는 없지만 염색체 안정화에 매우 중요한 이질염색질로 구분된다 . 이질염색질에 결함이 생기면 염색체의 불안정성이 초래되며 , 더 나아가 암발생의 원인이 되는 것으로 알려져 있다 . 이질염색질은 진정염색질과는 달리 정상 기능을 발휘하려면 세포주기 내내 심하게 응축된 구조로 존재해야 한다 . 따라서 이와같은 이질염색질의 응축 또는 조립과정은 특수한 조절인자들을 필요로 하며 , 특히 염색질 구성분자인 히스톤단백질에 메틸기의 화학적 공유결합을 유도하는 히스톤메틸화효소인 Suv39H1 과 메틸기를 인식하는 HP1 이란 단백질이 중요한 것으로 알려져 있다 . 그 동안 진행된 많은 연구를 통해 이질염색질의 응축과정의 비밀은 많이 밝혀져 있다 . 하지만 이질염색질의 응축된 구조도 DNA 복제를 위해서는 반드시 다시 풀려야하는 데 , 이런 탈응축 또는 탈조립과정에 대해서는 거의 알려진 것이 없는 상태이다 .

본 연구에서는 이질염색질 구조형성의 핵심단백질인 히스톤메틸화효소인 Suv39H1 이 세포주기 중 S 기 개시점에서 지령을 받은 CDK2 에 의해 인산화됨으로써 이질염색질 탈응축에 필요한 조절단백질의 접근을 도와주는 기능을 처음으로 밝히게 되었다 . CDK2 는 S 기 개시 직전에 Suv39H1 의 391 번째 세린잔기에 인산화를 도입하는 것으로 확인되었으며 , 체세포분열과정의 핵심인산화효소인 CDK1 의 활성은 관여하지 않는 것으로 추정된다 . Suv39H1 의 인산화의 세포내 기능을 이질염색질의 DNA 복제과정 관점에서 살펴 보았다 . 특히 Suv39H1 의 인산화여부가 Suv39H1 과 이질염색질간의 상호결합력 그리고 이질염색질의 복제시기 조절에 미치는 영향을 조사하였다 . 인산화된 Suv39H1 은 인산화되지 않는 단백질에 비해 이질염색질과의 결합력이 낮았으며 , 이런 결과는 인산화는 이질염색질과의 결합에 있어 Suv39H1 에 역동성을 제공하는 것으로 판단된다 . 더 나아가 이런 인산화된 Suv39H1 의 역동성은 이질염색질의 탈조립에 필요한 히스톤 탈메틸화효소인 JMJD2A 의 접근성과 밀접한 관련이 있음을 확인하였다 . 즉 , 인산화되지 않은 Suv39H1 은 이질염색질과 안정적으로 결합함으로써 JMJD2A 과 이질염색질간의 결합을 방해하게 되며 , 이로 인해 이질염색질 부위의 DNA 복제는 정상적인 시기에 일어나지 못하고 늦은 시기에 진행되는 결함을 보여준다 . 본 연구의 결과는 세포주기 조절효소인 CDK2 에 의한 Suv39H1 의 인산화는 이질염색질 부위의 정상적인 DNA 복제에 중요한 역할을 하고 있음을 밝힌 것이다 . 이 연구성과의 의의는 염색체 안정화에 중추적인 기능을 담당하는 이질염색질의 DNA 복제과정의 분자기작을 이해하는 데 중요한 실마리를 제공했다는 점에 있다 .