후성유전 핵심 '히스톤 단백질' 작용 원리 밝혀

생명연, 히스톤 단백질 작용원리 규명
세포분화·난치성 질환 치료하는 원천기술 발전 기대

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남연우 수습 기자 - 2019.02.12

크로마틴 기질을 이용한 시험관내 히스톤 H3 메틸화 효소 촉매 반응.<이미지=생명연 제공>크로마틴 기질을 이용한 시험관내 히스톤 H3 메틸화 효소 촉매 반응.<이미지=생명연 제공>

국내연구진이 후성유전 핵심인자인 히스톤 단백질의 신규 작용 원리를 규명했다. 후성유전은 DNA 염기서열 변화없이 나타나는 유전자의 기능 변화가 후대에 유전되는 것을 말한다.

한국생명공학연구원(원장 김장성)은 김정애 유전체맞춤의료연구단 박사팀과 김재훈 KAIST 교수팀이 유전체 기능 조절의 핵심 인자인 '히스톤 단백질'의 화학적 변성 작용 원리를 규명했다고 12일 밝혔다.

세포 내의 핵 내부에는 염기성 단백질 종류인 히스톤과 DNA 등이 있다. 히스톤 단백질은 유전자 발현 조절에 중요하게 작용하는 단백질이다. 히스톤 꼬리의 화학적 변성에 따라 각기 다른 단백질의 생산이 유도되기 때문이다. 이는 DNA 복제에 중요한 원리다.

크로마틴으로 구성된 히스톤 단백질의 화학적 변성은 세포분화, 개체 발생 등 다양한 질환에 관여한다.

크로마틴은 4개의 대표 히스톤 단백질인 H2A, H2B, H3, H4로 구성돼 있다. 히스톤 H3의 효소 촉매반응(메틸화)은 유전체 발현, 유전체 안정성 유지, 재조합 조절 등 핵심적인 유전체 기능 조절에 관여한다.

히스톤 H3의 비정상적 변성은 질환과 관련된 유전자 발현의 이상을 일으킨다. 이는 암과 같은 난치성 질환이나 항암치료 저항성을 야기하는 등 악성 진행을 촉진한다. 이에 비정상적 변성을 원래 상태로 되돌릴 수 있는 기술개발이 주목받고 있다.

연구팀은 세포로부터 히스톤 H3를 직접 분리했다. 히스톤 H3의 메틸화 조절 효소와 생화학적으로 재구성한 크로마틴을 이용해, 세포 내에서 일어나는 히스톤 단백질 변성을 시험관에 재현했다. 이를 통해 히스톤 단백질의 작용원리를 규명했다.

이번 연구는 히스톤 H3의 메틸화가 효소의 구조적 변성 때문이라는 분자적 원리를 밝혔다. 나아가 이를 유도·억제하는 물질을 개발해 히스톤 단백질 변성을 조절할 수 있는 가능성을 확인했다.

이번 연구는 비정상적인 단백질 생산을 제어해, 세포분화와 난치성 질환을 치료하는 원천기술로의 발전이 기대된다.

김정애 박사는 "이번 연구는 H3 메틸화로 후성유전인자를 가역적으로 조절할 수 있는 표적을 규명한 것"이라며 "H3 메틸화 제어를 통해 조절되는 다양한 질환의 치료제 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다"고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 생물학 저널 '뉴클레익 에시드 리서치(Nucleic Acids Research)'에 작년 11월 30일자로 게재됐다.
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