DNA 복제 못 끝낸 세포, 'TTF2'가 분자 고리로 수습

세포가 DNA 복제를 끝내지 못한 채 분열에 들어가면, 'TTF2'라는 단백질이 분자 고리 역할을 해 손상된 복제 기계를 해체한다는 연구 결과가 나왔다.

미국 하버드의대 데이비드 펠먼(David Pellman) 교수팀과 영국 던디대 카림 라비브(Karim P. M. Labib) 교수팀은 2일(현지시간) 국제학술지 사이언스(Science)에 관련 연구 2편을 나란히 발표했다.

세포는 분열 전에 DNA를 정확히 복제해야 한다. 복제가 끝나지 않은 채 유사분열에 들어가면 염색체를 제대로 분리하지 못해 암이나 선천성 질환으로 이어질 수 있다.

이를 해결하는 한 방법은 멈춰 선 복제 분기점을 절단하고, 생긴 DNA 말단을 다시 연결해 정상 분리 가능한 염색체를 만드는 것이다.

이 과정에서 E3 유비퀴틴 연결효소인 TRAIP가 핵심 역할을 한다. 간기(세포분열 사이 시기)에는 복제 분기점 앞의 단백질 장벽을 제거하지만, 유사분열 중에는 CMG 헬리카제를 유비퀴틴화해 복제 복합체를 해체한다.

다만 TRAIP가 유사분열에서 어떻게 이런 '시스(cis) 유비퀴틴화'로 전환되는지는 그동안 밝혀지지 않았다.

펠먼 교수팀은 아프리카발톱개구리 난모세포 추출물과 인간 대장암 세포주(HCT116)를 이용해 이 재프로그래밍 기전을 규명했다.

연구 결과, cyclin B-CDK1이 TRAIP의 S295 부위를 인산화하면 T325 부위의 인산화가 시작되는 것으로 나타났다. 두 부위를 모두 돌연변이시키면 유사분열 중 CMG 해체와 유비퀴틴화가 크게 억제됐다.

라비브 교수팀은 전사종결인자2(TTF2) ATP가수분해효소가 TRAIP의 보존된 인산화 부위에 결합하는 새로운 인산 수용체임을 확인했다.

TTF2는 인산화된 TRAIP와 복제 복합체의 DNA 중합효소 ε(Pol ε)을 연결한다. 이로 인해 TRAIP가 CMG 헬리카제를 유비퀴틴화하고, 복제 복합체 해체와 복구 경로가 시작돼 자매염색분체 교환이 일어난다.

구체적으로 TTF2의 N말단 아연집게(zinc finger)는 TRAIP의 인산화 부위 T325에 결합하고, 그 옆의 보존된 모티프는 Pol ε의 POLE2 소단위에 결합한다.

연구진은 이를 두고 "TTF2는 양쪽 끝에 자석이 달린 막대처럼 한쪽은 TRAIP를, 다른 쪽은 복제 복합체를 붙잡아 TRAIP가 CMG를 겨냥하도록 만든다"고 설명했다.

TTF2의 ATP가수분해효소 도메인은 복제 복합체 해체에는 필요하지 않지만, RNA 중합효소 II 제거와 세포 생존에는 충분한 것으로 나타났다. 즉 TTF2가 서로 다른 도메인으로 복제 복합체와 전사 복합체를 각각 몰아내는 셈이다.

다만 이번 연구는 주로 개구리 난모세포 추출물과 HCT116 세포주에서 검증됐다. TTF2-TRAIP 상호작용이 인체 종양에서 갖는 조절·임상적 의미는 추가 연구가 필요하다.

또 체세포에서 TTF2-TRAIP 상호작용을 파괴해도 공통 취약 부위(CFSs)의 결실이 부분적으로만 줄어, 저복제 DNA 조절에 다른 경로도 관여하는 것으로 보인다.

그럼에도 연구진은 이번 발견이 유사분열 중 게놈 무결성 유지 기전을 이해하는 새 관점을 제시한다고 평가했다. 암에서 흔한 CFSs 결실과 염색체 재배열에 대한 분자적 설명을 제공하고, 복제 스트레스와 게놈 불안정성을 표적으로 한 항암 전략의 새 개입 지점이 될 수 있다는 것이다.

연구진은 "인산화로 조절되는 구조적 스위치가 유사분열 중 복제 복합체의 조직 방식을 바꿔 염색체 분리 전에 게놈 무결성을 보호한다"고 밝혔다.