DNA 복제 퍼즐 핵심 부분 시각화…인간과 효모 DNA 유사성 발견

DNA 복제에서 인간과 제빵 효모가 비슷하다는 것을 과학자들이 발견했다.

인간과 제빵 효모는 눈에 보이는 것보다 더 많은 공통점을 가지고 있다. 여기에는 DNA가 올바르게 복제되도록 하는 데 도움이 되는 중요한 메커니즘이 포함된다.

두 가지 연구에 따르면 이번 발견은 인간(CTF18-RFC), 효모(Ctf18-RFC) 분자 복합체가 DNA에 “클램프”를 로드하여 복제 기계의 일부가 DNA 가닥에서 떨어지지 않도록 하는 것을 처음으로 시각화했다.

연구는 각각 과학저널 사이언스(Science)와 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences) 저널에 게재됐다.

이는 오랜 협력의 성과로 Van Andel Institute의 Huilin Li 박사와 Rockefeller University의 Michael O’Donnell 박사가 세대를 거쳐 세포로 유전 정보를 충실하게 전달할 수 있는 복잡한 메커니즘을 밝혀낸 최신 발견이다.

Li는 “DNA의 정확한 복제는 생명의 전파에 기본이 된다”며 “이번 발견은 DNA 복제의 퍼즐에 핵심적인 부분을 추가하고 DNA 복제와 관련된 건강 상태에 대한 이해를 높일 수 있다”고 말했다.

DNA 복제는 유전 코드를 복제하는 엄격하게 제어되는 과정으로, 그 지시를 한 세대의 세포에서 다음 세대로 전달할 수 있다. 암과 같은 질병의 경우 이러한 메커니즘이 실패하여 통제되지 않거나 잘못된 복제가 발생하여 파괴적인 결과를 초래할 수 있다.

지금까지 많은 암과 희귀 질환을 포함한 최소 40가지 질병이 DNA 복제 문제와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.

이 과정은 DNA의 사다리 모양 구조를 압축 해제하는 것으로 시작하여 선행(leading) 및 후행 가닥(lagging strands)이라고 하는 두 가닥이 생성된다. 그런 다음 분자 구조팀이 가닥의 빠진 반쪽을 조립하여 단일 DNA 나선을 두 개로 만든다. 이 작업의 대부분은 DNA의 구성 요소를 조립하는 중합효소라는 효소에 달려 있다.

그러나 중합효소는 단독으로는 DNA 가닥에 머무르지 않는다. 인간의 경우 CTF18-RFC, 효모의 경우 Ctf18-RFC가 필요하며 링 모양 클램프를 DNA 선도 가닥에, 인간과 효모 모두에서 RFC라고 하는 또 다른 클램프 로더가 클램프를 지연 가닥에 접합한다. 그런 다음 클램프가 닫히고 중합효소에 DNA 복제를 시작할 수 있다는 신호를 보낸다.

고출력 극저온 전자 현미경을 사용하여 Li, O’Donnell 및 그들의 팀은 선도 가닥 클램프 로더(leading strand clamp loaders) 구조의 이전에 알려지지 않은 측면을 밝혀냈다. 여기에는 선도 가닥 중합효소가 새로운 DNA 가닥을 놓아 클램프 로더가 인식할 수 있도록 하는 “후크”가 포함된다.

이 구분은 선도 스트랜드 클램프 로더(CTF18-RFC)와 지연 스트랜드 클램프 로더(RFC)의 기능 간의 주요 차이점을 나타내며 선도 및 지연 스트랜드에서 다양한 DNA 복제 메커니즘의 중요한 측면을 밝혀낸다.

마지막으로, 이 연구는 효모와 인간의 선도 스트랜드 클램프 로더 간에 공통적인 특징을 확인, 두 가지 사이의 진화적 연관성을 보여줍니다. 이 발견은 유전학을 연구하기 위한 강력하면서도 간단한 모델로서 효모의 가치를 강조한다.