메뉴바로가기본문바로가기

동아사이언스

[2015 노벨 화학상, 왜 그들이 받았나] DNA 자가 복구의 비밀을 밝히다

통합검색

[2015 노벨 화학상, 왜 그들이 받았나] DNA 자가 복구의 비밀을 밝히다

2015.10.07 23:00
노벨위원회 제공
노벨위원회 제공

※ 편집자 주

동아사이언스는 독자 여러분의 이해를 돕고자 노벨 과학상 수상자가 발표되는 5~7일, 노벨위원회가 수상자 발표와 동시에 홈페이지를 통해 공개하는 보도자료를 번역해 공개합니다. 노벨위원회는 이 보도자료를 통해 수상자 선정 배경과 의미를 자세히 소개하고 있습니다.

<영어 원문보기

 

<<2015 노벨 화학상은 어떻게 세포가 분자 단위에서 손상된 DNA를 복구하고 유전 정보를 보호하는지 밝혀온 토마스 린달 영국 프랜시스크릭연구소·클레어 홀 암연구소 명예 그룹리더, 폴 모드리치 미국 듀크대 의대 생화학부 교수, 아지즈 산자르 미국 노스캐롤라이나대 의대 생화학 및 생물리학과 교수가 공동수상 했습니다. 이들의 성과는 새로운 암 치료법을 개발하는 일처럼 어떻게 살아 있는 세포가 제 기능을 수행하는지 이해하는 데 토대가 됐습니다.>>

 

매일 우리 몸 속 DNA는 자외선이나 그 외 다른 발암 물질들에 의해 손상됩니다. 그러나 이런 외부로부터의 위협이 아니더라도 DNA 분자는 선천적으로 불안정합니다. 세포 하나의 게놈에만 수 천 회에 이르는 자발적인 변화가 일어나기 때문입니다. 게다가 우리 몸에서는 매일 수백만 회에 걸친 세포 분열이 일어나는데, 그 과정에서 DNA가 복제되는 동안 결함이 생기기도 합니다.

 

이때 DNA가 제 기능을 하지 못하는 수준으로 분해되지 않는 이유는 다수의 분자로 이뤄진 시스템이 끊임없이 DNA의 손상 여부를 감지하고 복구하기 때문입니다. 올해 노벨 화학상은 어떻게 이런 복구 시스템이 아주 세부적인 분자 단위에서 기능을 수행하는지 밝혀낸 3명의 선구적인 과학자에게 돌아갔습니다.

 

 

DNA를 구성하는 뉴클레오티드는 아데닌(A), 티민(T), 시토신(C), 구아닌(G)의 네 가지 염기의 결합을 이용해 염색체를 만든다. 이때 정상적일 때 아데닌은 티민과, 시토신은 구아닌과만 쌍을 이룬다. 46개 염색체로 이뤄진 세포는 대략 60억 개의 염기쌍으로 구성된다. - 노벨위원회 제공
DNA를 구성하는 뉴클레오티드는 아데닌(A), 티민(T), 시토신(C), 구아닌(G)의 4가지 염기를 결합해 염색체를 만든다. 이때 아데닌은 티민과, 시토신은 구아닌과 쌍을 이루는 것이 정상이다. 46개의 염색체로 이뤄진 세포는 대략 60억 개의 염기쌍으로 구성된다. - 노벨위원회 제공

1970년대 초반 과학자들은 DNA가 매우 안정적인 분자라고 믿고 있었습니다. 하지만 토마스 린달 그룹리더는 DNA의 노화가 지구 생명체의 진화를 불가능하게 만들었을 것이라고 설명했습니다. 그의 이런 통찰력 덕분에 그는 우리의 DNA가 망가지는 것에 끊임없이 대항하는 분자 시스템인 ‘염기 절단복구(base excision repair, BER)’를 발견할 수 있었습니다.

 

 

염기절단복구 과정은 뉴클레오티드가 손상이 일어났을 때 잘못된 부분을 잘라내고 그 자리를 새로운 염기로 메우는 과정이다. 시토신이 아미노기를 잃으면 우라실이 된다(1). 우라실은 시토신과는 달리 구아닌과 결합할 수 없다(2). DNA글리코실화 효소가 이를 발견하면 우라실을 제거하고(3), 또 다른 효소가 DNA가닥에서 나머지 뉴클레오티드를 제거한다(4). 그 후 DNA 중합효소가 제거 과정에서 생긴 공백을 채우고, DNA연결효소인 리가아제에 의해 봉합된다(5). - 노벨위원회 제공
염기 절단복구는 뉴클레오티드에 손상이 일어났을 때 잘못된 부분을 잘라내고 그 자리를 새로운 염기로 메우는 과정이다. 시토신이 아미노기를 잃으면 우라실이 된다(1). 우라실은 시토신과는 달리 구아닌과 결합할 수 없다(2). DNA 글리코실화 효소가 이런 잘못된 결합을 발견하면 우라실을 제거하고(3), 또 다른 효소가 DNA 가닥에서 나머지 뉴클레오티드를 제거한다(4). 그 후 DNA 중합효소가 제거 과정에서 생긴 공백을 채우고, DNA 연결효소인 리가아제가 이를 봉합한다(5). - 노벨위원회 제공

 

아지즈 산자르 교수는 세포들이 자외선에 의해 손상된 DNA를 복구할 때 쓰는 ‘뉴클레오티드 절단복구(Nucleotide Excision Repair·NER)’를 발견했습니다. 애초부터 이 복구 시스템에 결함을 갖고 태어난 사람들이 태양광에 노출되면 피부암이 발생하게 됩니다. 세포는 DNA에 손상을 입히는 여러 요인들 가운데서도 특히 돌연변이를 일으키는 물질에 의해 생긴 결함을 바로잡는 데 뉴클레오티드 절단복구를 활용합니다.

 

 

뉴클레오티드 절단 복구는 자외선이나 담배연기 같은 발암성 물질에 의해 손상된 DNA를 복구하는 과정이다. 자외선으로 인해 두 개의 티민이 서로 결합되는 오류가 일어나면(1), 핵산 분해효소인 엑소뉴클라아제가 이를 발견하고 DNA줄기를 잘라낸다. 이 과정에서 12개의 뉴클레오티드가 제거된다(2), DNA 중합효소가 빈 공간을 채우고(3) DNA 연결효소가 이를 봉제한다(4). - 노벨위원회 제공
뉴클레오티드 절단복구는 자외선이나 담배 연기 같은 발암성 물질에 의해 손상된 DNA를 복구하는 과정이다. 자외선에 인해 2개의 티민이 서로 결합되는 오류가 일어나면(1), 뉴클레오티드 분해효소인 엑소뉴클라아제가 이를 발견하고 DNA 줄기를 잘라낸다. 이 과정에서 12개의 뉴클레오티드가 제거된다(2). DNA 중합효소가 빈 공간을 채우고(3), DNA 연결효소가 이를 봉합한다(4). - 노벨위원회 제공

 

폴 모드리치 교수는 세포 분열 과정에서 DNA가 복제될 때 생기는 오류를 세포가 어떻게 바로잡는지 입증해 보였습니다. ‘미스매치 복구(MisMatch Repair·MMR)’라 불리는 이 과정은 DNA 복제 시 오류가 발생할 확률을 1000배 가량 낮춰 줍니다. 이 시스템에 선천적인 결함을 가지면 대장암의 유전적 변형 같은 질병의 원인이 되는 것으로 알려져 있습니다.

 

 

미스매치 복구는 DNA가 세포분열 중 복제되는 과정에서 뉴클레오티드의 염기가 과오를 일으켜 일어나는 실수를 복구하는 과정으로, 1000번에 1번 일어나는 드문 경우다. 과오염기접함을 교정하는 수복효소인 MutS와 MutL이 DNA의 과오 염기접합을 발견한다(1). MutH효소가 DNA의 메틸기를 원래 줄기에서 복제된 줄기로 옮겨 붙인다(2). 잘못 복제된 줄기가 잘려나간 후(3) 과오염기접합이 일어난 부분도 제거된다(4). 그 후 DNA중합효소가 빈공간을 채우고 DNA연결효소가 이를 봉제한다(5). - 노벨위원회 제공
미스매치 복구는 세포 분열 중 DNA가 복제되는 과정에서 가끔 뉴클레오티드가 잘못된 DNA 가닥에 결합되는 오류를 바로잡는 과정이다. 이런 역할을 하는 수복효소인 MutS와 MutL이 DNA의 잘못된 염기 접합을 발견하면(1), MutH 효소가 DNA의 메틸기를 원래의 가닥에서 복제된 가닥으로 옮겨 붙인다(2). 잘못 복제된 줄기가 잘려나가면서(3) 염기 접합이 잘못 일어난 부분도 제거된다(4). 그 후 DNA 중합효소가 빈 공간을 채우고 DNA 연결효소가 이를 봉합한다(5). - 노벨위원회 제공

이런 이유로 노벨상위원회는 어떻게 세포가 제 기능을 하는지에 대한 근본적인 통찰력과 기초적인 지식적 토대를 마련해 새로운 암 치료법 개발에도 기여한 이들에게 노벨상을 수여했습니다.

 

 

▼ 2015 노벨 화학상 수상자

 

(왼쪽부터) 토마스 린달, 폴 모드리치, 아지즈 산자르 - 노벨위원회 제공
토마스 린달, 폴 모드리치, 아지즈 산자르(왼쪽부터 순서대로). - 노벨위원회 제공

 

■ 토마스 린달(Thomas Lindahl)
토마스 린달은 1938년 스웨덴 스톡홀름에서 태어났으며, 스웨덴 카롤린스카의대에서 1967년 박사학위를 받은 후, 1978년부터 1982년까지 스웨덴 고덴버그대 의학 및 생화학과 교수로 부임했다. 현재는 영국 프랜시스크릭연구소와 클레어 홀 암연구소의 명예 그룹리더를 역임하고 있다.

 

■ 폴 모드리치(Paul Modrich)
폴 모드리치는 1946년 미국에서 태어났다. 그는 미국 스탠퍼드대에서 1973년 박사학위를 받았으며, 미국 하워드 휴즈 의학연구소에서 연구원으로 근무하며 미국 듀크대 의대 생화학부 교수로 재직 중이다.

 

■ 아지즈 산자르(Aziz Sancar)
아지즈 산자르는 1946년 터키 사부르에서 태어났다. 미국 텍사스대에서 1977년 박사학위를 받았으며, 현재는 미국 노스캐롤라이나대 의대 생화학 및 생물리학과 교수로 있다.

 

 

이 기사가 괜찮으셨나요? 메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

18 + 5 = 새로고침
###
    과학기술과 관련된 분야에서 소개할 만한 재미있는 이야기, 고발 소재 등이 있으면 주저하지 마시고, 알려주세요. 제보하기

    관련 태그 뉴스