< 왼쪽부터 김윤기 교수, 장지윤, 신민경 박사과정, 박주리 박사>
KAIST(총장 이광형)는 생명과학과 김윤기 교수 연구팀이 진핵세포 내에서 일어나는 단백질 번역기전에 대한 새로운 메커니즘을 규명하였다고 밝혔다.
김윤기 교수 연구팀은 캡-비의존적인 단백질 번역기전의 새로운 메커니즘을 제시하였고, 이를 동그란 형태의 원형 RNA, 일명 circular RNA의 번역기전 중 하나의 방법으로 적용하였다.
생명과학과 장지윤, 신민경 박사과정생, 박주리 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 세계 최고 수준의 국제 학술지 `핵산 연구 저널지 (Nucleic Acids Research)'에 10월 9일 일자로 소개되었다. (논문명 : An interaction between eIF4A3 and eIF3g drives the internal initiation of translation).
분자생물학에서 중심원리로 알려진 DNA로 시작하여 RNA, 단백질로 이어지는 central dogma는 다양한 생물학적 기능을 나타내는 중요 원리이다. 이때 최종 생산 산물인 단백질은 번역 기전에 의해 생성되며 그 기전에 관한 메커니즘 연구는 예로부터 활발히 진행되어오고 있었다.
특히 최근에는 mRNA 백신과 관련하여 RNA의 안정성과 번역 효율을 극대화할 수 있는 기법에 관해 관심이 쏠리고 있다. 일반적인 스플라이싱을 통해 생성되는 선형 형태의 RNA(Linear RNA)와는 달리, 백스플라이싱(back-splicing)을 통해 생성되는 원형 형태의 RNA(circular RNA)는 5’캡 구조와 폴리A꼬리 구조가 없기 때문에 선형 RNA에 비해 안정하다. 이러한 높은 안정성의 이유로 circular RNA의 번역 여부에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다.
연구팀은 스플라이싱을 통해 RNA에 위치하게 되는 엑손 접합 복합체 (Exon junction complex; EJC)의 주요 구성 인자인 eIF4A3 (eukaryotic translation initiation factor 4A3)와 번역 개시 인자 3g (eukaryotic initiation factor 3g; eIF3g)의 결합을 발견함으로써, 번역 기전을 일으키는 라이보좀을 포함한 단백질 번역 개시 인자들이 표적 RNA에 위치할 수 있음을 입증하였다. 따라서 캡에 비의존적인 번역 개시 메커니즘을 새롭게 밝힐 수 있게 된 것이다.
그림 1. 캡 구조를 가지지 않는 circular RNA의 경우, 엑손 접합 복합체가 circular RNA에 결합하면 eIF3 복합체와 라이보좀을 포함한 단백질 번역 개시 인자를 모집하여 circular RNA의 단백질 번역 개시를 주도한다. Linear mRNA의 경우, 캡-의존적 단백질 번역 개시와 엑손 접합 복합체를 통한 캡-비의존적 단백질 번역 개시가 모두 일어날 수 있지만 cap-의존적 단백질 번역 개시가 더 우세하여 캡-의존적 번역이 주로 일어난다.
더 나아가 캡에 비의존적인 번역기전이 반드시 필요시 되는 circular RNA에 연구결과를 도입시켜, in-vitro상에서 합성한 circular RNA에서 eIF4A3로 유발되는 internal translation이 일어남을 확인하였으며, 전사체 분석을 통해서도 그 효과를 확인하였다. 다시 말해 eIF4A3와 eIF3 복합체를 통해 모집된 라이보좀을 포함한 단백질 번역 개시인자들이 circular RNA의 번역을 일으킬 수 있음을 증명한 것이다.
연구팀은 eIF4A3와 eIF3g를 통한 캡에 비의존적인 번역기전을 밝힘으로써,
circular RNA의 새로운 번역기전 메커니즘을 증명하였다는 것에 더 큰 의미를 두고 있으며, 이는 더 나아가 circular RNA 발현 조절을 통한 치료제 개발에 활용될 수 있을 거라 기대하고 있다.
한편 이번 연구는 한국 연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
