KRISS 연구진이 DNA 손상 조각 분석을 위한 세포 시료를 처리하고 있다.[KRISS 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] DNA는 자외선, 방사선 같은 외부 자극이나 세포 내 활성산소 등에 의해 매일 세포당 1000~100만개 가량 손상이 발생한다. 손상이 제때 복구되지 않고 축적될수록 세포의 정상적인 기능이 저해, 이는 돌연변이, 노화 및 암 발생의 원인으로 작용한다.

한국표준과학연구원(KRISS)이 세포의 DNA 복구 과정에서 발생하는 극미량 ‘손상 DNA 조각’을 기존보다 최대 22배 많이 검출하고 정량화할 수 있는 새로운 분석 플랫폼 개발에 성공했다.

DNA 손상 조각은 세포가 얼마나 효율적으로 손상을 복구하는지를 평가할 수 있는 지표로 활용된다. 정상세포에 적용하면 개인별 DNA 복구능 차이를 비교할 수 있고, 암세포에 적용하면 항암제 처리 후 DNA 손상을 얼마나 복구하는지 확인하는 데 활용될 수 있다.

하지만 극미량의 DNA 손상 조각을 정확히 정량화하는 데 기술적 한계가 존재한다. 기존에는 절단된 DNA 조각의 끝부분에 표지 물질을 부착한 뒤, 검출되는 표지의 양을 통해 전체 조각 수를 추정하는 분석 방식을 사용했다. 그러나 시간이 흐르면서 세포 내부에서 DNA 조각 끝부분이 자연 분해될 경우 표지 물질이 정상적으로 붙지 않아, 실제 존재하는 손상 조각임에도 분석에서 누락될 수 있었다.

KRISS 연구진은 ‘경쟁적 면역분석법’을 도입했다. 분석용 판 바닥에 손상 DNA와 동일한 구조의 합성 DNA를 기준 물질로 고정하고, 실제 세포에서 추출한 DNA 시료와 손상 DNA 구조에 특이적으로 결합하는 항체를 함께 넣는 방식이다. 시료 속 손상 DNA 조각이 많을수록 항체가 해당 조각에 더 많이 결합, 바닥의 기준 물질에 남는 항체는 줄어든다. 연구진은 이 반비례 관계를 활용해 시료 내 손상 DNA 조각의 양을 몰(mole) 단위로 산출하고, 이를 개수로 환산했다.

이번 연구를 수행한 KRISS 연구진. 권하정(앞줄 왼쪽부터 시계방향) 책임연구원, 김근회 UST 학생연구원, 김영민 UST 학생연구원, 최준혁 책임연구원.[KRISS 제공]

이번 기술은 세포 내에서 발생하는 DNA 조각의 개수까지 파악할 수 있는 세계 최고 수준의 정밀도를 확보했다. 이를 통해 DNA 복구 속도와 세포별 반응 차이를 객관적으로 분석할 수 있는 정밀 의료 연구 기반을 마련했다는 평가다.

최준혁 책임연구원은 “DNA 복구 속도와 효율을 정량화하면 개인별 암 발생 위험을 조기에 진단하고, 암세포의 항암제 저항성을 객관적으로 파악할 수 있다”며 “향후 실제 사람의 조직을 활용한 후속 검증을 통해 개인 맞춤형 항암 치료 등에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘Nucleic Acids Research’에 게재됐다.