[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
제이오텍
배너광고안내
이전
다음
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 1737  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
피부암 발생 높이는 DNA 손상 복구하는 핵심 단백질 작용 규명
의학약학 기초과학연구원 (2022-09-27)

우리 몸의 세포는 활성산소와 같은 대사 부산물들의 공격이나 자외선, 방사선 등 외부 환경에 의해 손상된 DNA를 스스로 복구한다. 뉴클리오티드 절제 복구(Nucleotide excision repair, NER)는 자외선 등에 의한 DNA 손상을 제거하여, DNA를 복구하는 대표적인 복구 과정이다. 이 복구 과정에 결함이 있는 사람은 자외선으로 손상된 DNA를 복구하지 못해 색소건피증이 나타날 수 있으며, 색소건피증 환자는 정상인에 비해 피부암이 발생할 확률이 1,000~2,000배나 높다.

과학기술정보통신부 산하 기초과학연구원(IBS) 유전체 항상성 연구단(단장 명경재) 올란도 쉐러(Orlando D. Schärer) 부연구단장 연구팀은 세포 내 색소건피증 단백질 A(Xeroderma pigmentosum A, XPA)과 복제 단백질 A(Replication protein A, RPA)의 상호작용이 NER 과정에서 DNA를 복구하는 단백질 집합체 형성에 중요하다는 것을 밝혔다.

NER은 30개 이상의 단백질이 관여하는 매우 복잡하고 역동적인 DNA 복구 기작이며, 이 과정은 단백질-단백질 및 단백질-DNA 상호작용에 의해 유도된다. DNA에 손상이 일어나면 세포 내 DNA 회복에 관련된 단백질들에 의해 손상을 인식하고, 손상이 인식된 DNA 부위는 곧바로 수리를 담당하는 단백질 복합체에 의해 회복에 들어간다. 단백질 복합체는 손상부위의 DNA 양 가닥을 벌어지게 한 뒤 손상된 DNA를 포함한 한쪽 가닥을 절개하여 제거한다. 제거된 부분은 나머지 DNA 한 가닥을 주형으로 새롭게 합성되어 채워진다. 

연구팀은 여러 복구 단백질 중 XPA와 RPA가 NER 과정에서 절개 전 NER 복합체 형성에 필수적이고, XPA가 RPA와 결합하는 두 범위(RPA 단백질의 32 서브유닛과 70 서브유닛)의 상호작용에 따라 각기 다른 역할을 수행하는 것을 밝혔다. XPA가 RPA32와 복합체 주변부에서 결합하여 상호작용함으로써 DNA 손상 초기에 복구 단백질이 손상 부위에 결집하는 것을 가능하게 한다. 한편, XPA는 RPA70과 복합체 중심부에 결합하고, 이 둘의 상호작용은 손상된 DNA 제거를 위해 벌어진 가닥을 안정화하고, 벌어진 DNA 가닥을 가깝게 구부려 U자형으로 만든다. 이는 손상된 DNA 절개를 수행하는 단백질들이 복합체에 자리 잡는 것을 돕고, 손상된 DNA의 두 절개 부위를 근접하게 위치시켜 절개 반응을 유도한다.

연구팀은 XPA-RPA-DNA 복합체의 구조적 연구를 통해 두 단백질의 상호작용이 어떻게 NER 복합체를 형성하고 손상 제거를 촉발하는지 밝혔다. 이러한 NER 과정은 손상된 DNA를 복구하여 종양 형성을 억제할 뿐만 아니라 항암치료에도 중요한 역할을 수행한다. 시스플라틴과 같은 많은 항암제들이 DNA 손상을 일으키기 때문이다. 이 때 손상된 DNA가 NER 과정으로 복구되어, NER은 암 치료 결과를 개선하기 위한 치료제의 주요 표적으로 주목받고 있다.

올란도 쉐러 부연구단장은 “이번 연구로 XPA와 RPA의 상호작용을 통해 NER 복합체의 형성과 작용 기작을 보여주었다”며, “이 상호작용의 중단으로 NER이 억제되는 것을 밝혀냈다”고 전했다. 또한, “두 단백질의 상호작용에 대한 연구결과는 암 치료 효과 개선을 위한 후속 연구의 청사진을 제공했다”고 밝혔다.

연구성과는 세계적 학술지 미국국립과학원회보(PNAS, IF 11.205)에 8월 15일 온라인 게재됐다.


연 구 추 가 설 명

논문/저널
Two interaction surfaces between XPA and RPA organize the preincision complex in nucleotide excision repair / PNAS (2022)

저자정보
Mihyun Kim, Hyun Suk Kim, Areetha D’Souza, Kaitlyn Gallagher, Eunwoo Jeong, Agnieszka Topolska-Wos, Kateryna Ogorodnik Le Meur, Chi-Lin Tsai, Miaw-Sheue Tsai, Minyong Kee, John A. Tainer, Jung-Eun Yeo, Walter J. Chazin*, and Orlando D. Schärer*

연구 이야기

[연구 과정] 
먼저 RPA 서브유닛인 RPA32와 RPA70과의 상호작용을 각각 방해하는 돌연변이를 XPA에 발생시켜 돌연변이 XPA 단백질을 정제하고, 각 돌연변이를 발현하는 XPA 세포를 만들어냈다. 
XPA의 RPA32 결합 범위 돌연변이는 RPA와 결합하지 못했지만, XPA의 RPA70 결합 범위 돌연변이는 RPA 결합을 감소시켰다. RPA32 또는 RPA70 서브유닛 중 어느 하나와 상호작용하는 XPA 범위에 단일 돌연변이를 발생시켰을 때는 뉴클레오티드 절제 복구(NER)를 할 수 있어 자외선 조사에 민감하지 않은 반면, 둘 모두에 돌연변이를 형성했을 때는 NER의 활동이 억제되고 자외선 조사에 민감했다.  
또한 RPA32 및 RPA70 서브유닛 중 하나의 상호작용만 방해했을 때보다 두 상호작용 모두를 방해했을 때, 자외선에 의한 DNA 손상 복구에 더한 결손이 발생했다. 결과적으로 XPA와 RPA32 및 RPA70 사이의 원활한 상호작용은 세포의 자외선에 대한 내성을 촉진하는 것이다.
이후 우리는 XPA와 RPA32 및 RPA70 사이의 상호작용이 NER에서 어떠한 역할을 가지고 있는지 확인하기 위해 XPA-RPA의 상호작용 및 NER 복합체를 구조적으로 연구했다. 그 결과, XPA와 RPA32의 상호작용은 DNA 손상 초기 복구 단백질이 손상 부위에 결집하는 것을 가능하게 했다. 그리고 XPA와 RPA70의 상호작용은 DNA를 U자형으로 구부려 수축시킴으로써 손상된 DNA의 두 절개 부위가 근접하도록 위치시켜 두 절개 반응을 유도하여 복구 과정의 완성에 중요한 역할을 했다.

[성과 차별점] 
뉴클레오티드 절제 복구는 자외선과 환경제, 항종양제에 의해 형성된 DNA 부가물의 게놈을 제거한다. NER의 결함은 피부암에 걸리기 쉬운 병인 색소성 건피증을 유발하지만, NER은 또한 항종양제의 효능을 상쇄한다.
NER는 단백질 복합체의 단계적 조립을 통해 작동하며 DNA 손상을 제거한다. 우리는 XPA와 RPA 단백질 사이의 두 가지 상호 작용이 NER 복합체를 구조적으로 구성하고 DNA 절개 반응을 유도함으로써 NER 활동에 중요하다는 것을 확인했다. 또한 우리의 연구는 XPA와 RPA가 DNA를 U자형으로 구부리고 수축시켜, 손상된 DNA의 두 절개 부위를 근접하게 위치시켜 두 절개 반응을 유도한다는 것을 밝혔다.

[향후 연구계획] 
암 치료 효과 개선을 위해 XPA-RPA 사이의 상호작용을 방해하는 구조 연구를 지속할 것이다. 
 

NER에서 XPA-RPA32 및 XPA-RPA70 상호작용의 구별되는 역할

[그림 1] NER에서 XPA-RPA32 및 XPA-RPA70 상호작용의 구별되는 역할
  세포에 자외선을 조사하고 30분, 4시간의 회복시간 후 자외선 손상 부위와 함께 XPA 단백질을 형광 현미경으로 시각화하였다. DNA 손상은 빨간색 화살표로 표시되고, 손상된 DNA에 XPA의 결합은 노란색 화살표로 표시된다. 정상세포(WT-XPA)에서는 자외선에 의한 손상 초기(30분)에 손상 부위에 XPA가 결합하고(노란색 화살표), 4시간 후 NER 과정이 진행된 뒤에는 DNA 손상과 결합해 있지 않았다(빨간색 화살표). 그러나 XPA-RPA32 돌연변이 세포(M32-4)에서는 XPA가 결합하지 못해 DNA의 손상(빨간 화살표)만 탐지할 수 있다. 반면, XPA-RPA70 돌연변이 세포(M70-6)에서 XPA가 손상된 부위에 4시간이 후에도 오랜 시간 결합을 유지했다. 이는 XPA가 결합된 후 다음 과정이 처리되지 않는다는 것을 보여준다. 따라서, XPA와 RPA32의 상호작용은 DNA 손상과 XPA의 결합에 중요한 반면, XPA와 RPA70의 상호작용은 NER의 완성에 중요하다.

 

 NER 복합체의 구조

[그림 2] NER 복합체의 구조
  XPA와 RPA32는 상호작용 부위는 복합체 주변에 위치하고, XPA는 RPA70과 상호작용 부위는 NER 복합체의 중심에 있다. XPA와 RPA32는 사이의 상호작용은 DNA 손상 초기 손상 부위에 복구 단백질이 조립되는 것을 용이하게 하고, XPA와 RPA70 사이의 상호작용은 절개 전 복합체를 안정화하고, DNA 손상을 제거하기 위해 복합체의 활성 형태로 보이는 U자형으로 DNA를 수축시킨다.

 

이번 연구를 이끈 IBS 유전체 항상성 연구단 연구진들

이번 연구를 이끈 IBS 유전체 항상성 연구단 연구진들. 
  위 Orlando D. Schärer 부연구단장(교신저자), 아래 좌측부터 정은우 연구원, 김현숙 선임연구기술원(제 2저자), 김미현 학생연구원(제1 저자)

  추천 1
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0 댓글작성: 회원 + SNS 연동  
첫 댓글을 달아주세요.
 
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
에펜도르프코리아 광고