새로운 변화: 염색체를 고리 모양으로 만드는 분자 기계도 DNA를 비틀어 놓는다

델프트 공과대학의 카블리 연구소와 비엔나 IMP 바이오센터의 과학자들은 우리 염색체를 형성하는 분자 모터의 새로운 특성을 발견했습니다. 6년 전에는 이 소위 SMC 모터 단백질이 우리 DNA에 긴 고리를 만든다는 것을 발견했지만, 이제 그들은 이 모터가 형성하는 고리에 상당한 꼬임을 넣는다는 것을 발견했습니다. 이러한 발견은 우리가 염색체의 구조와 기능을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다. 또한 꼬인 DNA 루핑의 중단이 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 통찰력을 제공합니다. 예를 들어, '코헤시노병증'과 같은 발달 질환에서 말입니다. 과학자들은 Science Advances에 연구 결과를 발표했습니다.

우리 세포의 투쟁

바늘 끝보다 훨씬 작은 공간에 2m 길이의 로프를 끼우려고 한다고 상상해보세요. 이는 신체의 모든 세포가 DNA를 작은 핵에 넣을 때 직면하는 과제입니다. 이를 달성하기 위해 자연은 DNA를 코일의 코일로 꼬아 소위 '슈퍼코일'(시각화는 그림 참조)로 만들고, 이를 특수 단백질에 감아 컴팩트하게 보관하는 것과 같은 독창적인 전략을 사용합니다.

작은 DNA 루프는 염색체 기능을 조절한다

그러나 압축만으로는 충분하지 않습니다. 세포는 또한 기능을 가능하게 하기 위해 염색체 구조를 조절해야 합니다. 예를 들어, 유전 정보에 접근해야 할 때 DNA는 국소적으로 읽힙니다. 특히 세포가 분열할 때 DNA는 먼저 풀려 복제된 다음 두 개의 새로운 세포로 적절히 분리되어야 합니다. SMC 복합체(염색체의 구조적 유지)라고 하는 특수 단백질 기계는 이러한 과정에서 중요한 역할을 합니다. 불과 몇 년 전, 델프트와 다른 지역의 과학자들은 이러한 SMC 단백질이 우리 DNA에서 긴 루프를 만드는 분자 모터이며 이러한 루프가 염색체 기능의 주요 조절자라는 것을 발견했습니다.

새로운 변화

TU Delft의 Cees Dekker 연구실에서 박사후 연구원인 Richard Janissen과 Roman Bath는 이제 이 퍼즐을 푸는 데 도움이 되는 단서를 제공합니다. 그들은 개별 SMC 단백질이 DNA에서 루핑 단계를 만드는 것을 볼 수 있는 '자기 핀셋'을 사용하는 새로운 방법을 개발했습니다. 중요한 것은 SMC 단백질이 DNA의 꼬임을 바꿀지 여부도 알아낼 수 있었다는 것입니다. 그리고 놀랍게도 팀은 그렇게 한다는 것을 발견했습니다. 인간 SMC 단백질인 코헤신은 실제로 DNA를 루프로 끌어당길 뿐만 아니라 루프를 만드는 각 단계에서 0.6회전씩 왼손잡이 방식으로 DNA를 비틀었습니다.

SMC 단백질의 진화를 엿보다

게다가, 연구팀은 이 꼬임 작용이 인간에게만 있는 것이 아니라는 것을 발견했습니다. 효모의 유사한 SMC 단백질은 같은 방식으로 작동합니다. 놀랍게도, 인간과 효모의 모든 다양한 유형의 SMC 단백질은 같은 양의 꼬임을 더합니다. 즉, DNA 루프 압출 단계마다 DNA를 0.6회씩 돌립니다. 이는 DNA 압출 및 꼬임 메커니즘이 진화하는 동안 매우 오랜 시간 동안 동일하게 유지되었음을 보여줍니다. DNA가 인간, 효모 또는 다른 세포에서 루프로 되어 있든 자연은 동일한 전략을 사용합니다.

필수 단서

이러한 새로운 발견은 이 새로운 유형의 모터의 분자적 메커니즘을 해결하는 데 필수적인 단서를 제공할 것입니다. 또한, DNA 루핑이 유전자 발현과 같은 과정에 직접적인 영향을 미치는 염색체의 초나선 상태에도 영향을 미친다는 것을 분명히 합니다. 마지막으로, 이러한 SMC 단백질은 코넬리아 드 랑게 증후군과 같은 다양한 질병과 관련이 있으며, 이러한 과정에 대한 더 나은 이해는 이러한 심각한 질병의 분자적 기원을 추적하는 데 필수적입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241213140624.htm