생명현상 가운데 유전자가 똑같더라도 결과물이 다르게 나타나는 현상을 잡음(노이즈)라고 한다.
이남기 포스텍 물리학과 교수와 통합과정 양소라씨, 성재영 중앙대 화학과 교수 연구팀은 최근 ‘RNA중합효소(RNAP)’ 농도변화에 따라 세포 환경이나 단백질의 농도변화로 인해 생겨나는 노이즈가 증가하는 것을 세계 최초로 확인했다고 2일 밝혔다.
이번 연구결과는 세계적 학술지 네이처(Nature)의 자매지인 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 1일자에 소개됐다.
모든 생명 현상은 확률에 의해 결정되는 화학반응이다. 100% 동일한 유전자를 가진 세포도 세포마다 생성할 수 있는 단백질 양은 다르다.
노이즈로 불리는 이 같은 현상은 특히 세포의 적응이나 발달, 사멸을 조절하는 중요한 현상으로 알려져 있다. 하지만 노이즈가 세포 내에서 어떻게 조절되고 전달되는지는 알려진바 없다.
이 교수 연구팀은 대장균의 RNA중합효소와 동일한 역할을 할 수 있는 ‘T7 RNA 중합효소’를 이용, RNA중합효소의 농도를 직접 조절하면서 단백질 발현에 어떤 영향을 미치는지 관찰했다.
그 결과 화학반응의 확률성에 의해 발생하는 내재적 노이즈에는 아무 영향을 미치지 않았다. 하지만 환경 변화에 따른 외재적 노이즈는 농도변화에 따라 선형적으로 증가하는 것을 밝혀냈다. 특히 중합효소의 농도차이가 최종 발현된 단백질의 노이즈에 미치는 영향은 평균농도와는 반비례한다는 사실도 알아냈다.
연구팀은 이번 연구결과를 이용해 RNA중합효소농도 변화에 의해 만들어진 노이즈는 세포 내에 RNA중합효소와 결합하지 않은 ‘프로모터 DNA’의 비율로 결정된다는 모델을 제시했다.
이남기 교수는 “이 연구성과는 박테리아가 갖게 되는 항생제 내성에 대한 연구뿐 아니라 줄기세포의 분화나 암세포의 발달 등 복잡한 생명 현상을 이해하는 데도 크게 기여할 전망”이라고 말했다.
한편 이번 연구성과는 미래창조과학부·정보통신산업진흥원의 IT명품인재양성사업과 미래창조과학부·한국연구재단의 일반연구지지원사업의 지원으로 수행됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
