mRNA 꼬리가 단백질 모양 결정…“유전 암호만으론 불충분”

메신저RNA(mRNA)의 꼬리 부분이 특정 단백질이 올바르게 접히도록 돕는 '샤페론' 역할을 한다는 새로운 생명 원리가 밝혀졌다. 이는 단백질의 최종 형태가 아미노산 서열에 의해서만 결정된다는 기존 학설을 뒤집는 발견이다.

미국 메모리얼 슬론 케터링 암센터(MSK) 크리스틴 마이어 박사 연구팀은 이 같은 연구 결과를 국제 학술지 '셀(Cell)'에 지난 8일(현지시간) 발표했다고 밝혔다. 이번 연구는 양 '비키' 루오 박사가 제1저자로 참여했다.

연구팀에 따르면, mRNA의 끝부분에 위치한 '3' 비번역 부위(3' UTR)'가 특정 단백질의 올바른 3차원 구조 형성을 돕는다는 사실이 처음으로 규명됐다. 전통적으로 단백질 접힘을 돕는 역할은 전문화된 '샤페론 단백질'만이 수행하는 것으로 알려져 있었다.

크리스틴 마이어 박사는 "RNA도 샤페론 역할을 할 수 있으며, 특히 접히기 어려운 특정 단백질 그룹에 대해 mRNA가 스스로 샤페론으로 작용한다는 것을 보여준다"고 설명했다.

연구팀은 사람의 유전자 수천 개에서 3' UTR 서열이 어류부터 포유류까지 척추동물 전반에 걸쳐 매우 유사하게 보존된다는 점에 주목했다. 이는 3' UTR이 과거에 알려진 것과 달리 중요한 기능을 수행할 것이라는 단서가 됐다.

연구 결과, MYC, UTX, JMJD3와 같은 크고 복잡한 조절 단백질들은 '내재적 무질서 영역(IDR)'이라는 구조를 포함하고 있다. 이 영역의 아미노산들은 단백질이 조립되는 동안 서로 달라붙어 잘못된 접힘을 유발할 수 있다.

세포는 이러한 문제를 해결하기 위해 '망상 응축물(meshlike condensates)'이라는 특수 구획에서 단백질을 만든다. 이 공간에서 mRNA의 3' UTR이 물리적으로 단백질의 끈적한 부분에 결합해 잘못된 상호작용을 막고 올바른 구조로 접히도록 돕는다.

이러한 메커니즘이 적용되는 유전자는 2700개 이상으로, 인간의 전체 단백질 코딩 유전자 중 약 8분의 1에 해당할 정도로 광범위하다. 마이어 박사는 "수천 개의 조절 단백질이 기능적으로 활성화되려면 유전 암호뿐만 아니라 RNA 샤페론이 반드시 필요하다는 의미"라고 강조했다.

이번 발견은 생명 과학 연구에도 중요한 시사점을 던진다. 과학자들은 실험의 편의를 위해 단백질의 아미노산 서열 정보가 담긴 부분만 사용하고 3' UTR을 잘라내는 경우가 많았다. 이는 수많은 연구가 잘못 접히거나 활성이 저하된 단백질을 대상으로 이루어졌을 가능성을 제기한다.

제1저자인 루오 박사는 "RNA는 유전 정보를 전달하는 수동적인 메신저가 아니라, 단백질이 올바르게 접혀 제 기능을 하도록 안내하는 능동적인 참여자"라고 연구의 의의를 밝혔다.