이자일(왼쪽 윗줄부터 반시계방향) UNIST 생명과학과 교수, 이광록 KAIST 생명과학과 교수, 유제중 성균관대 물리학과 교수, 조경필 성균관대 통합과정, 이동훈 KAIST 박사, 김수빈 UNIST 김수빈 통합과정.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 우리 몸의 DNA는 매일 세포당 약 1만~2만 건의 손상을 입는다. 이를 방치하면 암이나 노화 등 치명적인 질환으로 이어지기 때문에 미세한 손상 부위를 정확하게 찾아내야만 한다.

국내 연구진이 DNA 복구 효소가 DNA 위를 미끄러지듯 이동하며 손상 부위를 초고속으로 탐색하는 비밀을 밝혀냈다.

KAIST는 생명과학과 이광록 교수팀이 UNIST 이자일 교수팀, 성균관대 유제중 교수팀과 함께 DNA 복구 효소 ‘APE1’이 손상된 DNA를 찾아내는 정밀한 분자 메커니즘을 규명했다고 4일 밝혔다.

연구팀은 APE1의 움직임을 실시간으로 추적했다.

그 결과 APE1은 무작위로 DNA를 탐색하는 것이 아니라, DNA 가닥 위를 미끄러지듯 이동하며 손상 부위를 찾는 ‘1차원 확산’ 전략을 사용하는 것으로 나타났다.

이는 거대한 도시 아래 미로처럼 얽힌 지하 배관 속을 따라 이동하며 미세한 누수 지점을 찾아내는 지능형 점검 로봇과 비슷하다. 단순히 이곳저곳을 무작정 탐색하는 것이 아니라, DNA라는 ‘유전체 고속도로’를 따라 효율적으로 이동하며 손상 부위를 빠르게 찾아내는 것이다.

특히 연구팀은 효소 끝부분의 유연한 구조인 ‘비정형 영역’이 DNA 탐색 과정에서 핵심 역할을 한다는 사실도 밝혀냈다.

이 비정형 영역은 갈고리처럼 DNA를 붙잡아 APE1이 DNA 위에서 떨어지지 않고 오랫동안 이동할 수 있도록 돕는다. 실제로 연구팀이 해당 영역을 제거하자 손상 부위를 찾는 능력이 5배 이상 감소했다.

DNA 손상 탐색 원리(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]

또한 연구진은 마그네슘 이온(세포 내 다양한 효소 반응을 돕는 금속 이온)이 단순한 보조 인자를 넘어 DNA 탐색 효율을 높이는 핵심 요소라는 점도 확인했다. 마그네슘 이온은 APE1과 DNA의 결합을 안정화해 효소가 DNA 위를 더욱 효과적으로 이동할 수 있도록 돕는 것으로 나타났다.

이광록 KAIST 교수는 “APE1의 손상 탐색 경로를 차단함으로써 암세포의 자가 복구 능력을 무력화하는 방식의 새로운 치료 전략 수립이 가능하다”면서 “유전체 안정성 유지 원리를 활용해 노화 억제 전략이나 유전자 변이로 인한 난치성 질환의 치료 기전 연구에도 중요한 단서를 제공할 수 있다”고 말했다.

이자일 UNIST 교수는 “특정 구조 없이 유연하게 움직이며 다양한 분자와 상호작용하는 비정형 영역이 DNA 손상 부위를 찾는 데 핵심 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다는 점에서 큰 의미가 있다”고 강조했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘핵산 연구(Nucleic Acids Research)’에 지난달 14일 게재됐다.