우리의 DNA에는 5만 3천 개의 매듭이 있다.

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- 유전 물질의 매듭 모양 돌출부. DNA 부분에서 여러 시토신 염기가 서로 뒤따를 때 형성

- DNA 마디는 주로 유전자 전사가 더 많은 양의 mRNA를 생성하는 곳에서 발견돼

- 암 유전자에 i-모티프가 광범위하게 존재해 진단과 치료에 대한 새로운 가능성 열려

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우리의 DNA에는 53,000개의 매듭이 있다.

"유전 물질 가닥에 기능이 불분명한 작은 돌출부가 산재해 있어"

신비한 돌출:

우리 DNA의 이중나선이 5만 개가 넘는 작은 매듭으로 인해 부서졌다는 연구 결과가 나왔다. 유전자 분자의 짧은 4층 돌출부(소위 i-모티프)는 검사된 모든 세포와 DNA 섹션에서 발생한다. 그들은 주로 활성 유전자에 축적된다. 이는 이러한 노드가 유전자 조절에 중요한 역할을 하며, 연구자들이 보고한 바와 같이 암 발생에도 관여할 수 있음을 시사한다. 

▲ i-모티프라고 불리는 이 작은 네 가닥의 돌출부는 우리 게놈에서 53,000번 이상 발생한다. 왜 그렇까? © Garvan Institute

우리의 DNA는 일반적으로 이중나선을 형성한다. 그 안에는 두 개의 상보적인 가닥이 염기쌍을 통해 서로 연결되어 있다. 세포 주기가 진행되는 동안 우리의 유전 물질은 다양한 형태를 취한다. 일상적인 세포 생활에서 DNA는 수많은 고리가 있는 촘촘한 엉킴과 개별 가닥이 벌어져 있는 열린 영역으로 존재한다. 세포 분열 중에 거의 2미터 길이의 유전 물질이 지그재그와 고리 모양으로 배열되어 공간을 절약하기 위해 염색체에 저장된다.

게놈에서 노드(Nod) 검색

하지만 이제 새로운 것이 있다. 바로 i-Motive이다. 우리 유전 물질의 이러한 매듭 모양 돌출부는 DNA 부분에서 여러 시토신 염기가 서로 뒤따를 때 형성된다. 그런 다음 가닥이 구부러지고 자체적으로 연결되는 교차 연결을 형성한다. 즉, 4개의 가닥 돌기가 생성된다. "이러한 아이-모티프가 시험관 내 산성 조건에서 형성될 수 있다는 것은 오랫동안 알려져 왔다"고 시드니 Garvan 의학 연구소의 Cristian Peña Martinez는 설명했다.

그러나 이러한 작은 DNA 결절이 살아있는 세포에도 존재하는지, 얼마나 많은지, 그리고 그 기능이 무엇인지는 불분명했다. 이것이 바로 Peña Martinez와 그의 팀이 이제 세포 배양 및 조직 샘플의 DNA에 있는 이러한 i-모티프에만 결합하고 형광으로 표시하는 특수 항체를 개발한 이유다. 따라서 그들은 세 가지 다른 인간 세포 배양에서 "노드 검색"을 수행했다.

모든 세포와 모든 곳에 있는 i-motive

결과:

DNA 노드는 인간 게놈의 모든 곳에서 찾을 수 있다. Garvan Institute의 수석 저자인 Daniel Christ는 "우리는 매핑하는 동안 조사한 세 가지 세포 유형 모두에서 발생하는 53,000개 이상의 i-모티프를 발견했다"고 말했다. “이는 이전에 세포 내 존재 여부가 논란이 되었던 DNA 구조에 있어서는 놀랄 만큼 높은 수치다. 우리의 결과는 이제 i-모티프가 단순한 연구실 호기심이 아니라 널리 퍼져 있음을 입증한다.”

그러면 우리 DNA에 있는 이 작은 결절은 무엇을 위해 사용될까? 이를 알아내기 위해 연구팀은 i-모티프가 선호하는 유전적 가닥의 위치를 ​​더 자세히 조사했다. 이를 통해 DNA 노드가 무작위로 분포되어 있는 것이 아니라 현재 집중적으로 판독되고 있는 활성 유전자와 유전자 활동에 중요한 스위치가 축적되어 있음이 밝혀졌다. 이러한 돌출은 비활성이거나 조절 메커니즘에 의해 차단된 유전자의 경우 훨씬 더 드물거나 심지어 없다.

유전자 활동과 암 유전자에 대한 영향

Peña Martinez는 “이것은 i-모티프가 유전자 활동 조절에 역동적인 역할을 한다는 것을 시사한다”고 말했다. DNA 마디는 주로 유전자 전사가 더 많은 양의 mRNA(메신저 RNA)를 생성하는 곳에서 발견되는 것으로 보인다. 추가 분석을 통해 이러한 i-모티프가 암 유전자 근처에서도 발견되는 것으로 나타났다. 그곳에서 노드는 종종 이러한 종양 유전자의 프로모터 영역(유전자 판독이 시작되는 DNA 섹션)에 위치한다.

"예를 들어, 우리는 MYC 종양유전자('치료 불가능'으로 간주되는 악명 높은 암유전자좌를 나타내는 유전자)의 프로모터 영역에서 i-모티프를 발견했다"고 Peña Martinez는 설명했다. "이것은 i-모티프 구조를 통해 이러한 질병 유전자를 공격할 수 있는 흥미로운 기회를 열어줄 수 있다. 이는 DNA 결절에 부착되어 그 기능을 차단하는 활성 성분을 구체적으로 개발하는 것을 가능하게 할 수 있다.“

공동 저자인 Garvan Institute의 Sarah Kummerfeld는 “그러한 암 유전자에 이러한 i-모티프가 광범위하게 존재함으로써 진단 및 치료에 대한 새로운 가능성이 열렸다”고 덧붙였다. 이제 이러한 DNA 노드의 정확한 기능을 추가로 연구하는 것이 더욱 중요해졌다.

참고: The EMBO Journal, 2024; doi: 10.1038/s44318-024-00210-5)

출처: Garvan Institute of Medical Research

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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