오징어, 수천 곳에서 RNA를 편집해 단백질을 바꾼다
오징어는 단백질을 만드는 지침을 다른 어떤 동물도 따라올 수 없는 규모로 다시 쓰며, 이러한 편집은 단백질이 하는 일을 바꾼다. 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스의 생명과학자들이 이끄는 연구팀이 장지느러미 오징어(Doryteuthis pealeii)에서 이를 지도화했으며, 이 연구는 10월 《셀》에 실렸다.
이 메커니즘은 ADAR 매개 RNA 편집이라고 부른다. ADAR는 RNA에 작용하는 아데노신 탈아미노효소의 약자로, RNA의 개별 글자를 바꾸는 효소 계열이다. RNA는 세포가 단백질을 만들기 위해 읽는 유전자의 임시 사본이다. 그 결과 같은 유전자에서 다른 단백질이 만들어지며, DNA는 그대로 유지된다. 공동 저자 한 명은 이를 단순화해, 레시피를 인쇄한 뒤 제빵사에게 닿기 직전에 건포도를 초콜릿 칩으로 바꿔치기하는 것에 비유한다.
연구팀이 편집을 살펴본 방법
인간과 다른 동물도 RNA를 편집하지만, 오징어, 문어, 갑오징어를 포함하는 두족류 콜레오이드류는 다른 어떤 생물보다 훨씬 많이 편집한다. 이전 연구들은 이들의 편집이 신경계 내 소통과 관련되어 있으며, 아마도 온도 변화 같은 조건에 대한 반응일 것이라고 연결 지었다. 지금까지는 이러한 편집이 단백질 자체에 어떤 작용을 하는지 거의 알려지지 않았다.
연구자들은 장지느러미 오징어의 단백질체, 즉 약 24,000개 단백질 전체를 조사했다. 이들은 두 조직, 즉 시각과 그에 대한 반응을 담당하는 뇌 부위인 시엽과, 더 단순한 호흡 기관인 아가미에서 2,000개가 넘는 서로 다른 단백질에 걸쳐 편집된 부위 약 8,000곳을 연구했다. 시엽에서는 편집이 더 자주, 더 복잡하게 나타났는데, 이는 두족류의 강력한 ADAR 활성과 무척추동물 중 가장 복잡한 신경계가 함께 출현했다는 생각과 맞아떨어진다. 편집은 게놈의 비암호화 구간이 아니라 단백질 암호화 서열에 위치한다.
편집이 바꾸는 것
"우리는 단백질 활성, 안정성, 위치, 그리고 다른 단백질과 상호작용하는 방식에까지 영향이 있음을 발견했습니다. 하류 효과는 세포 소기관의 건강을 조절하는 데까지 이릅니다"라고 UCSF의 세포·분자 과학자인 제1저자 잭 모엔(Jack Moen)은 ScienceAlert에 말했다. "단백질을 만드는 데 쓰이는 RNA 지침을 편집함으로써, 이 동물들은 DNA를 전혀 바꾸지 않고도 서로 다른 특성을 가진 단백질을 만들어낼 수 있습니다."
- 일부 편집은 ADAR 단백질 자체에 있는데, 이는 편집 효소가 자신의 활성을 조절하는 방법이 있음을 시사한다.
- 연구팀은 오징어 기준 단백질체와, 14,000개 생물을 다루는 선별된 단백질 데이터베이스인 Swiss-Prot에 모두 없는 짧은 단백질 5,000개를 확인했다.
- 편집된 단백질은 세포 내 다른 위치, 즉 외곽에서 핵 쪽으로 이동해 자리 잡을 수 있다.
- 재코딩은 오징어의 미토콘드리아, 즉 세포의 에너지 생성 소기관을 인간의 것과 더 비슷하게 만들 수 있다. 변화하는 조건에서 더 안정적이고 스스로를 재활용하는 능력이 더 뛰어나게 되는 것이다.
- 또한 빠른 도주 동작과 까다로운 뇌 처리에 필요한 순간적인 에너지를 공급하는 크레아틴 시스템에도 영향을 미치는 것으로 보인다.
숫자가 이렇게 큰 이유
각 편집은 염기 하나만 바꾸고 DNA는 건드리지 않기 때문에 해로운 돌연변이를 자손에게 물려주지 않는다. 모엔은 RNA 시퀀싱 데이터에서 발견된 모든 부위를 합산하면, 가능한 단백질 변이체의 이론상 개수가 약 10248에 달하며 이는 우주의 원자 수를 훨씬 넘는다고 말했다. "이들은 엄청난 잠재적 다양성을 보여줍니다"라고 모엔은 말했다. 이 동물들이 그 다양성 중 실제로 얼마나 만들어내는지는 아직 알려지지 않았다.
두족류는 왜 이렇게 하고 다른 동물은 하지 않는지는 부분적으로만 답이 나와 있다. 그 이유는 ADAR 효소의 구조와 더 많은 연구가 필요한 다른 요인에 있다. 더 많은 과학 기사는 과학 섹션에서 확인하세요.