충남대 김승균 교수팀, NSUN2 조절 분자기작 세계 최초 규명

[이한영 기자]

김승균 교수 연구팀

줄기세포의 운명을 결정짓는 '보이지 않는 분자 신호'의 정체가 세계 최초로 드러났다.

충남대학교 생명정보융합학과 김승균 교수 연구팀이 배아줄기세포에서만 작동하는 유전자 내부 인핸서(Enhancer)와 그로부터 유래된 eRNA(enhancer RNA)가 NSUN2 단백질 발현을 정교하게 제어하며, 이를 통해 줄기세포의 전분화능(pluripotency) 유지와 분화 방향까지 조절하는 분자 경로를 최초로 규명했다.

이번 성과는 생물 고분자 연구 분야의 권위 있는 국제학술지 Int J Biol Macromol (BIOMAC) 6월 온라인판에 선게재됐으며, 오는 8월 인쇄본에도 수록될 예정이다. 해당 논문은 김 교수가 단독 교신저자로, 문지인·이효희·오명근 대학원생이 공동 1저자로 참여했다.

연구팀은 줄기세포에서 NSUN2 유전자 내부에 위치한 ESC 특이적 인핸서가 활성화되면서, 이 부위에서 생성되는 eRNA가 NSUN2의 전사와 단백질 기능을 동시에 조율한다는 사실을 밝혀냈다.

NSUN2는 RNA에 5-methylcytosine(m5C)을 부여하는 메틸전달효소로, 이 효소의 결함은 소두증 등 중증 희귀질환을 유발할 수 있다. 그러나 지금까지 이 유전자의 전사 조절 메커니즘은 거의 알려지지 않았으며, 특히 줄기세포 단계에서의 기능은 미지의 영역으로 남아 있었다.

연구에서 주목할 점은 eRNA가 전사 보조 역할에 그치지 않고, NSUN2 단백질의 발현을 제어하고, 이 단백질이 다시 pluripotency 관련 mRNA에 m5C 변형을 일으켜 해당 mRNA의 안정성과 기능을 높인다는 다단계 피드백 구조를 규명한 것이다. 이를 통해 줄기세포가 유지될 것인지, 특정 세포로 분화할 것인지를 결정짓는 핵심 신호 경로가 실체화된 셈이다.

또 이 인핸서의 활성은 배아줄기세포(ESC) 상태에서만 관찰되며, 신경전구세포로의 분화가 시작되면 해당 영역은 비활성화된다. 이는 곧 줄기세포 정체성을 부여하는 유전자 조절 회로가 시간과 분화 단계에 따라 유기적으로 전환된다는 사실을 분자 수준에서 입증한 것이다.

김 교수는 "이번 연구는 세포 운명 결정의 방향을 제어하는 정밀한 전사 조절 네트워크의 핵심 연결고리를 밝혀낸 결과"라며 "특히 NSUN2를 제어하는 ESC 특이 인핸서와 그로부터 생성되는 eRNA의 역할은, 희귀질환 발병 메커니즘뿐만 아니라 줄기세포 기반 유전자 치료 전략 수립에 중요한 전환점이 될 것"이라고 평가했다.

이어 "이 경로는 세포 치료제 개발은 물론, 정확한 시점에 특정 유전자의 발현을 유도하거나 억제하는 차세대 유전체 조절 기술로도 활용 가능성이 매우 크다"며 "후속 연구를 통해 치료 플랫폼으로서의 응용까지 이어갈 계획"이라고 밝혔다.

연구는 충남대학교의 신임교원 정착연구 과제를 비롯해 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 △개인기초 우수연구(신진연구) △최초혁신실험실(Lab Start-Up) △바이오의료기술개발사업(차세대바이오 분야)의 지원을 받아 수행됐다.

연구팀은 이 인핸서-eRNA-NSUN2 축을 활용한 희귀질환 모델링, 유전체 기반 약물 반응 예측, 세포 분화 조절 인공회로 개발 등 후속 응용연구에 박차를 가할 계획이다. /대전=이한영기자

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