세포 분열에도 풀리지 않는 DNA…유전자 조절 위해 고리 유지

하이커뮤니티매니져 0 18 10.19

미국 매사추세츠 공과대(MIT) 연구진이 세포가 나뉘는 순간에도 유전자 조절에 관여하는 미세한 입체 구조(노란색)가 여전히 존재한다는 사실을 밝혀냈다./에드워드 바니건(Edward Banigan)

세포가 분열할 때 DNA의 3차원 구조가 완전히 사라진다고 믿어온 통설이 뒤집혔다. 염색체에서 DNA가 완전히 풀려 평면 구조를 이루는 게 아니라, 일부 영역은 여전히 고리형 입체 구조를 유지한다는 것이다. 이 구조는 유전자와 조절 스위치를 연결하는 전기 회로 역할을 한다고 추정됐다.

미국 매사추세츠 공과대(MIT) 연구진은 “세포가 나뉘는 순간에도 염색체의 게놈(genome)에서 유전자 조절에 관여하는 미세한 입체 구조가 여전히 존재한다는 사실을 밝혀냈다”고 국제 학술지 ‘네이처 구조와 분자 생물학’에 17일 발표했다.

게놈은 세포핵의 염색체에 있다. 염색체는 DNA 가닥들이 실패 역할을 하는 단백질에 감겨 뭉쳐진 형태이다. 95%가 물이어서 잘 보이지 않지만, 염색은 잘 된다고 염색체라는 이름이 붙었다.

DNA는 당과 인산으로 구성된 뼈대가 이중 나선을 이루고 그 사이를 A·G·C·T 네 가지 염기들이 각각 맞는 염기들과 지퍼처럼 연결된 형태이다. DNA는 이 염기들이 연결된 순서대로 단백질을 합성해 생명 현상을 관장한다. 게놈 해독은 DNA를 염기서열을 밝히는 일이다.

세포 분열은 후대에 자신과 같은 게놈을 전달하는 과정이다. 몸을 구성하는 체세포는 분열하기 전, 게놈이 담긴 염색체를 정확히 복제해야 한다. 그래야 두 딸세포가 각각 완전한 유전 정보를 물려받을 수 있다. 지금까지 과학자들은 이 과정에서 염색체의 복잡한 3차원 구조가 무너지고, 분열이 끝난 뒤에야 서서히 복구된다고 생각했다.

세포핵에 있는 염색체는 단백질의 설계도인 유전물질 DNA가 꼬여 있는 형태이다. 인간은 22가지 상염색체와 X, Y 성염색체를 갖고 있다./조선DB

MIT 연구진은 초고해상도 게놈 분석 기술을 이용해, 세포 분열 중에도 ‘루프(loop)’라 불리는 작은 입체 고리 구조가 남아 있음을 포착했다. 지금까지 염색체의 큰 구조들은 분열 중 완전히 사라지는 것으로 알려졌지만, 이보다 더 작은 단위의 구조는 그대로 남아 있던 것이다.

연구진은 세포 분열 중에도 남아 있는 이 고리는 유전자의 스위치를 켜고 끄는 조절 부위와 유전자 발현이 시작되는 부분을 잇는 전기 회로선 같은 역할을 한다고 설명했다. 게놈에서 실제로 단백질을 합성하는 유전자는 2%에 불과하다. 게놈의 절반은 이 유전자가 켜질지, 꺼질지 조절하는 역할을 한다. 게놈에서 유전자와 조절 스위치를 잇는 구조가 밝혀진 것이다.

연구진은 2023년 고해상도의 분석 기술로 세포 분열 과정에서도 유지되는 고리 구조를 처음 발견했지만, 이번에는 세포 분열 중에도 유지된다는 점을 확인했다. 안데르스 세이르 한센(Anders Sejr Hansen) MIT 생물공학과 교수는 “이전까지는 세포 분열을 완전히 평면 상태로 여겼지만, 실제로는 입체 구조가 완전히 사라지지 않는다”며 “게놈은 항상 일정한 형태를 유지하며, 오히려 분열 과정에서 더 단단하게 응축된다”고 말했다.

연구진은 이 현상이 세포가 기억을 유지하는 방식과 관련 있을 가능성도 제시했다. 한 세포 주기에서 유전자 조절 정보를 다음 세포로 전달하는 일종의 ‘유전적 기억 장치’ 역할을 할 수 있다는 것이다.

이번 발견은 세포 분열 말기에 관찰되는 짧은 유전자 활동도 설명해 준다. 기존에는 유전 정보가 복사되는 ‘전사’가 분열 중 완전히 멈춘다고 여겨졌지만, 실제로는 짧은 순간 유전자 발현이 증가한다. 연구진은 이때 염색체가 압축되면서 조절 부위와 유전자가 가까워져 루프가 형성되고, 그 결과 일부 유전자가 일시적으로 켜질 수 있다고 분석했다.

한센 교수는 “이 현상은 세포가 의도하지 않았던 일종의 부작용처럼 보인다”며 “분열이 끝나면 세포는 곧바로 불필요한 루프를 정리해 원래의 균형을 되찾는다”고 덧붙였다.

연구진은 앞으로 세포의 크기나 모양이 이러한 유전체 구조 변화에 어떤 영향을 미치는지도 탐구할 계획이다. 한센 교수는 “세포가 어떤 루프를 유지하고 어떤 루프를 없앨지 어떻게 결정하는지, 그리고 그것이 세포 정체성과 유전자 발현의 정확성에 어떤 영향을 주는지가 향후 핵심 연구 주제”라고 전했다.

https://biz.chosun.com/science-chosun/science/2025/10/17/DI35VJ75FRABRI65XCW7VS5RY4/

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