세포분열 '복제 검문소' 마지막 관문 규명

유사분열(세포분열) 동안 완성되지 못한 DNA 복제 지점을 처리하는 마지막 단계의 분자 기전이 밝혀졌다.

26일(현지시간) 국제학술지 사이언스(Science)에 발표된 연구에 따르면, 전사종결인자 TTF2가 다리 역할을 하고 TRAIP가 꼬리표를 붙여 미완성 DNA 복제분기점을 긴급 정지·해체하는 것으로 나타났다.

진핵세포는 매 세포주기마다 염색체를 복제하고 정확히 분리해야 한다. 그러나 게놈이 큰 종은 일부 늦게 복제되는 영역이 유사분열 시작 전까지 복제를 마치지 못할 위험이 있다.

동물세포가 유사분열에 들어가 주기 의존성 인산화효소 1(CDK1)이 활성화되면 TRAIP 유비퀴틴 연결효소가 염색체 복제 기계의 해체를 촉발한다. TRAIP는 CDC45-MCM-GINS(CMG) 헬리카아제의 유비퀴틴화를 유도하고, 표지된 CMG는 p97 ATP가수분해효소에 의해 풀려 복제체가 붕괴된다.

다만 지금까지 유사분열에서 TRAIP를 조절하고 미완성 DNA 부위를 처리하는 분자 기전은 거의 알려지지 않았다.

연구진에 따르면 CMG 헬리카아제의 유비퀴틴화는 CDK1이 개시한다. CDK1은 TRAIP의 한 부위를 인산화하는데, 이 부위가 유사분열에서 CMG 해리에 필수적이다.

인산화된 TRAIP는 TTF2 ATP가수분해효소에 의해 인식된다. TTF2는 유사분열 염색체에서 RNA 중합효소 II를 제거하는 것으로 알려져 있다.

다만 TTF2의 ATP가수분해 활성은 CMG 헬리카아제 해리에 필수적이지 않았다. 대신 해리는 TTF2 아미노 말단의 두 요소가 매개했다. 인산화된 TRAIP와 결합하는 한 쌍의 아연집게와 DNA 중합효소 엡실론에 결합하는 짧은 모티프다.

이를 통해 TTF2는 유사분열 개시 시점에 TRAIP를 복제체와 연결해 CMG 헬리카아제의 유비퀴틴화와 해중합을 촉진하고, 자매염색분체 교환과 연관된 유사분열 DNA 복구 경로를 가동한다.

연구진은 "TRAIP 의존적 CMG 유비퀴틴화는 단일 DNA 복제분기점에 작용해 절단과 빠른 복구를 일으킨다"며 "이 과정은 유사분열 CDK1 활성과 세포질의 TTF2 ATP가수분해효소에 의존하기 때문에 유사분열 기간에만 일어날 수 있다"고 설명했다.

이어 "복제분기점 절단이 원래 CMG 헬리카아제가 둘러싸던 DNA 가닥에 국한돼, 후기에 분리 가능한 두 자매염색분체를 만들어 무작위 절단의 유해한 결과를 피한다"고 덧붙였다.