RNA 구조→RNA 스플라이싱→바이러스 기능 순으로 영향 미쳐 호주 WEHI 연구진, 저널 '네이처'에 논문
DNA가 그렇듯이 RNA도 부호화된 유전정보를 갖고 있다. 당연히 모든 생명체엔 RNA가 존재한다.
RNA는 세포가 어떤 단백질을 생성할지 지시할 뿐 아니라 유전자의 발현 여부도 제어한다.
신종 코로나바이러스(SARS-CoV-2)나 에이즈 바이러스(HIV) 같은 RNA 바이러스는, DNA가 아닌 RNA를 유전물질로 이용한다. 그런데 RNA의 어떤 속성이 세포나 바이러스의 기능 조절에 관여하는지는 지금까지 밝혀지지 않았다.
호주와 미국의 과학자들이 마침내 이런 작용을 하는 RNA의 기제를 처음 밝혀냈다.
열쇠를 쥔 건 RNA의 구조였다. RNA가 어떤 구조를 갖느냐에 따라 세포와 바이러스의 기능은 달라졌다.
과학자들은 생물 정보학 기술을 이용해 개별 RNA 구조를 해독하는 컴퓨터 알고리즘도 개발했다.
호주 '월터 앤드 엘리자 홀 연구소(WEHI)'의 빈센트 코빈 박사팀은 이런 내용의 논문을 7일 저널 '네이처(Nature)'에 발표했다. 이번 연구에서 핵심 역할을 한 알고리즘 도구의 개발은 미국 보스턴 소재 '화이트헤드 생체의학 연구소'의 실비 루스킨 교수팀이 주도했다.
코빈 박사는 "오랫동안 RNA 생물학은, RNA 분자가 항구적인 단일 구조인지, 아니면 여러 가지 다른 구조로 변하는지를 알지 못했다"라고 말했다.
연구팀은 시험관 실험과 생체 세포 실험 모두에서, 서로 다른 RNA 구조를 가려내 수량을 측정하는 데 성공했다.
RNA의 컴퓨터 이미지는 빨간색과 노란색 줄무늬처럼 보였는데, 흐릿하게 하나로 섞인 오렌지색 같기도 했다.
이렇게 구현된 RNA 구조가 단일한 것인지 아니면 여러 개의 다른 구조를 하나로 뭉뚱그린 '평균적인' 것인지를 규명하는 게 관건이었다.
세포에 처음 생성된 RNA는, 필요한 부분을 이어붙이는 스플라이싱(splicing)과 불필요한 부분을 잘라내는 트리밍(trimming)을 거쳐 하나의 기다란 줄 같았다.
이 단계에서 RNA 분자의 2차원 구조는 그 안에 담긴 유전 정보에 대한 접근성에 영향을 준다고 연구팀은 설명한다.
RNA 스플라이싱은 단백질 생성 정보의 부호화 과정에 영향을 미치기도 한다.
실제로 암이나 신경 퇴행 질환 등에선 RNA 스플라이싱의 변화가 관찰된다.
연구팀은 에이즈 바이러스를 모델로 한 실험에서, 바이러스가 생명 주기의 여러 단계에서 생성하는 단백질이 RNA 스플라이싱의 영향으로 달라진다는 걸 확인했다.
그런데 RNA 스플라이싱의 변화를 결정하는 핵심 요인이 바로 RNA 구조였다.
에이즈 바이러스가 어떤 단백질을 생성할지는 결국 RNA 구조에 의해 결정된다는 의미다. 화이트헤드 생체의학 연구소의 토니 파펜퍼스 컴퓨터 생물학 교수는 "RNA 분자의 미묘한 변화가 바이러스의 기능에 얼마나 큰 함의를 갖는지 알게 됐다"라면서 "컴퓨터 생물학으로 RNA의 이런 변화를 읽어냄으로써 바이러스가 (잠정적으론 인간의 세포까지) 어떻게 기능하는지에 대한 중대한 발견을 이뤄낸 것"이라고 강조했다.