Study of diverse noncoding RNAs 김영국 전남대학교 의과대학 생화학교실 사람의 세포에는 마이크로RNA(microRNA 또는 miRNA), 긴 비암호화 RNA(long noncoding RNA 또는 lncRNA), 원형 RNA(circular RNA 또는 circRNA)를 비롯한 다양한 종류의 비암호화 RNA(noncoding RNA)가 존재한다. 이들은 중요한 조절 물질로 작동하며, 조직 특이적으로 발현되어 다양한 생물학적 기능을 나타낸다. 이들 중 마이크로RNA는, 약 22뉴클레오티드 길이의 짧은 RNA로, 머리핀(hairpin) 모양의 줄기-잎(stem-loop) 구조를 이루는 RNA 전구체로부터 생성이 된다. 마이크로RNA의 서열은 종간에 보존이 잘 되어 있으며, 세포 내의 거의 모든 대사 과정을 조절하는 역할을 한다. 마이크로RNA가 생성되는 과정에 핵심적인 역할을 하는 단백질로 Drosha, Exportin 5, Dicer라는 세 가지 단백질이 알려져 있다. 본 연구 그룹은 최근 이러한 세 가지 단백질을, 유전자 교정 기술(genome engineering technique)을 이용하여 대장암 세포주에서 제거하였다. 이러한 세포주에서 나타나는 마이크로RNA 발현 패턴 변화를 분석하여, Drosha 단백질이 마이크로RNA 생성에 있어서 가장 핵심적인 인자라는 결과를 얻었다. 한편 기존 연구에서 마이크로RNA 생성에 필수적이라고 여겨졌던, Exportin 5와 Dicer 단백질이 제거된 세포주에서도 마이크로RNA가 어느 정도 생성되는 것을 확인하였고, 따라서 기존에 알려진 경로 이외의 다른 경로를 통해서 마이크로RNA가 생성될 수 있음을 확인하였다. 본 연구 그룹에서는, Drosha 제거 세포주를 이용하여 마이크로RNA의 전사 시작점을 분석하는 후속 연구를 진행하였다. 마이크로RNA는 세포 내에서 전사가 된 후, 머리핀 모양의 전구체가 절단되는 과정을 통해 만들어지는데, 절단되고 남은 서열들은 세포 내에서 빠르게 분해된다. 하지만 본 연구 그룹에서 제작한 Drosha 제거 세포주를 이용하면, 마이크로RNA 전사체가 절단되지 않기 때문에, 마이크로RNA 전사체가 세포 내에 축적이 되고, 이러한 전사체의 5’ 말단 서열을 분석하면 마이크로RNA의 전사 시작점을 추론할 수 있다. 본 연구 그룹에서는 이러한 분석을 수행하여, 마이크로RNA 전사 시작점 부근의 프로모터가, 단백질을 암호화하는 유전자들의 프로모터와 유사한 특성을 가지고 있음을 확인하였다. 또한 단백질 유전자에 비해 마이크로RNA 유전자의 프로모터 부위를 더 선호하는 전사인자들을 분석하고, 서로 다른 마이크로RNA 유전자들의 프로모터에 공통적으로 결합하는 전사인자들을 분석하였다. 이러한 연구와 함께, 본 그룹에서는 마이크로RNA가 표적 유전자에 서열 특이적으로 결합하는 기전을 연구하였다. 이를 위해 세포 내의 여러 마이크로RNA 중 서열이 유사한 miR-200c와 miR-141, 그리고 miR-221과 miR-222를 제거한 세포주를 각각 제작하였다. 이들 녹아웃 세포 내의 유전자 발현 패턴을 분석하여, 서열이 유사한 마이크로RNA들에 의해 어떠한 유전자가 공통적으로, 또는 차등적으로 조절되는지 연구를 수행하였다. 세포 내에는 이러한 마이크로RNA와 같은 small RNA 뿐만이 아니라, 훨씬 길이가 긴 long noncoding RNA(lncRNA)도 많이 발현된다. 최근의 연구에서는 단백질을 암호화하지 않는 lncRNA가 사람 세포에서 만 여 가지 이상이 발현된다는 것이 알려졌다. 이들 lncRNA는 세포 핵 내부의 구조 형성이나, 전사 단계 조절, 전사 후 단계 조절 등 다양한 과정에서 중요한 조절 인자로 작용한다. 특히 이들 lncRNA의 발현 패턴은 단백질 암호화 유전자에 비해 훨씬 조직 특이적인 발현 패턴을 보이고 있는데, 이를 통해 lncRNA는 특정 기관의 발생이나 기능에 있어서 중요한 역할을 하리라 예상할 수 있다. 최근의 연구 결과에 따르면, 세포 내외에 원형 RNA(circular RNA, circRNA)가 많이 존재한다는 것도 보고되었다. 이들 circRNA는 back splicing 과정을 통해 exon으로부터 만들어지거나, lariat intron의 3’ 말단 제거 과정을 통해 만들어진다. CircRNA들 중에는 마이크로RNA의 결합 부위를 많이 가지고 있는 것이 보고되었는데, 이를 통해 circRNA 또한 유전자 조절 과정에서 중요한 역할을 할 것이라 예상할 수 있다. 이러한 다양한 종류의 RNA는 세포 내 뿐만이 아니라 세포 외부에서도 많이 발견된다. 특히 사람의 체액에서 마이크로RNA가 많이 발견되고 있는데, 이들의 발현양을 분석하여 다양한 질병에서 분자 표지(molecular marker)로 이용하고자 하는 연구가 현재 많이 진행되고 있다. 본 연구 그룹에서는 마이크로RNA 뿐만이 아니라 circRNA 또한 혈액에 많이 존재하고, 백혈병 환자의 혈액을 분석하여 circRNA가 진단 마커로 이용될 수 있는지 분석 중이다. 이처럼 세포 내외에 많이 존재하는 다양한 RNA들의 생성 과정, 발현 패턴 및 그 기능을 분석하는 연구는, 생명 현상을 이해하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 다양한 질병을 예방하거나 치료하는데 중요한 역할을 할 것이다.