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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

DNA 수선 기작의 놀라운 조화

DNA 수선 기작의 놀라운 조화 

(DNA Repair Is Highly Coordinated)


      세포는 자신의 DNA가 손상되었을 때, 이것을 수선(repair, 복구)할 수 있는 탁월한 능력을 가지고 있다는 사실은 최근 많은 논문의 주제가 되고 있다. DNA는 방해인자에 노출되어 있는 길이가 긴 형태의 분자이기 때문에, 경우에 따라 손상을 받아 끊어지기가 쉽다. 만약에 수선기작(repair mechanisms)들이 적절하게 작동되지 않는다면, 불행히도 유전정보는 빠르게 뒤섞이게 되어 세포는 생명력을 잃게 된다. 그러나 세포가 유전체의 완전성(genomic integrity)을 유지하기 위해 여러 단계의 조절작용이 관여하고 있음이 여러 연구들을 통해 밝혀지고 있다.


1. 수선 가게 (Repair shop) : 로렌스 버클리(Lawrence Berkeley Lab) 연구 보고에 의하면(August 6, 2007), 마치 세포 핵 안에 '수선 가게”가 존재하는 것처럼, 이중 나선 구조로 이루어져 있는 DNA의 두 사슬가닥이 모두 끊어진 경우에 이를 수선하는 일이 핵 내의 특정한 위치에서 일어나고 있다는 것이다. 연구자들은 "정말로 끊어진 DNA 가닥이 수선받기 위해 밀집하고 있는 특정지역이 존재한다는 증거를 찾아내었다".


2. 손상 억제인자 (Damage suppressor) : 염색체(chromosomes)에는 다른 부위에 비해 좀 더 손상받기 쉬운 자리들이 존재하고 있다. EurekAlert에 게재된 터프츠 대학(Tufts University)의 연구보고에 따르면(August 2, 2007), 종양(tumors)은 이러한 자리에서 지연된 복제(stalled replication)의 결과일 수 있다고 말했다. 다행히도 세포 내에는 '종양억제 유전자(tumor suppressor gene)'가 존재하고 있어서 종양형성을 방지하고 있다. 대부분의 경우에 끊어진 핵산사슬은 정상적으로 수선이 되지만, 이러한 수선과정이 잘못 진행되어 DNA의 일부가 삭제되거나 재배열되는 경우에 암이 형성되게 된다는 것이다.


3. 속도 조절 번역기 (Speed translator) : 아인슈타인 의과대학(Einstein School of Medicine)의 연구자들은 RNA 중합효소(RNA polymerase. RNA는 DNA로부터 암호를 읽어 새로 번역하여 합성된 유전정보 전달자로서 이 RNA로부터 단백질이 합성된다. RNA 중합효소는 DNA로부터 RNA로 암호를 번역하는 효소)가 1초에 70개의 염기(DNA 상의 하나의 암호)를 번역할 수 있다는 사실을 알아내었다. 이 사실은 이전에 보고 된 속도보다 훨씬 빠른 것이다. 그러나 아직 이유가 잘 알려져 있지는 않으나, 어떤 분자기작이 핵산사슬을 따라서 작동하는 이 효소를 정지시키거나 잠시 세워 놓는 일을 하여, 이 효소의 실제 작업량을 감소시키고 있다는 것이다. 연구자들은 이러한 정지기작이 RNA 합성과 같은 유전자 발현의 조절에 관여하고 있다고 생각하고 있다.


4. 응급처치 소방관 (First response firefighters) : EurekAlert(August 9, 2007)에 게재된 텍사스농공대학(Texas A&M University)의 연구보고에 따르면, DNA 손상의 복구를 위해 두 가지의 다른 독립적인 경로가 존재한다는 것이 발견되었다. 하나는 ‘염색질의 재구성(chromatin remodeling)’이고, 다른 하나는 ‘DNA 점검과 복구(DNA checkpoint and repair)’라는 기작이다. DNA에 손상을 일으킬 수 있는 재해가 닥쳤을 때, 이 두 가지 경로는 서로 신호를 주고받으며 이 손상부위를 어떻게 할지를 결정하게 된다. 만약 DNA의 손상이 세포 분열과 증식에 손상을 주는 마치 불(fire)과 같이 퍼져나가는 것이라면, DNA 점검과 수선체계가 응급처치로 작동될 수 있다는 것이다. 이 경로를 통해 세포의 분열을 정지시키고, 세포가 손상정도를 점검할 시간을 갖게 해준다. 손상정도에 따라 DNA 수선기작으로 불을 끄거나, 복구하기 어려운 경우 세포를 파괴시킨다.


염색체는 뉴클레오좀(nucleosome)이라는 단백질 덩어리를 중심으로 주변에 핵산(유전자)이 둘러 쌓여있는 구조로 되어 있는데, 이때 뉴클레오좀에 핵산의 결합정도를 재조정하는 ‘염색질의 재구성’ 기작도 함께 관여한다. 뉴클레오좀은 히스톤(histone)이라는 단백질 단위로 구성되어 있는데, 에너지를 쓰면서 일을 하는 ‘ATP-의존 염색질 재구성 복합체(ATP-dependent chromatin remodeling complexes)’가 이 히스톤 단백질을 변형시켜 ‘DNA 점검’ 기작을 다시 조절하게 되는 것이다. 이러한 경로는 효모로부터 인간에 이르기까지 모든 진핵세포(eukaryotes)에서 진화되지 않은 채로 보존되어 있다고 보고하고 있다.   


5. 고도로 복잡한 DNA 손상에 대한 반응 : DNA 손상에 대한 반응의 복잡성에 대한 한 예는 북부 캐롤라이나 의과대학(University of North Carolina School of Medicine)의 린지볼트(Laura A. Lindsey-Bolts)와 아지즈 상카(Aziz Sancar)가 과학전문 잡지인 PNAS(August 8, 2007)에 게재한 "손상된 DNA에 대한 사람의 ATR-매개 점검 반응의 재구성”이라는 제목의 연구논문에서 찾아 볼 수 있다. 우리가 이 논문을 이해하기 어려울지라도, 다행스러운 것은 우리 몸의 세포는 이것을 잘 알고 있다는 것이다. 이 논문의 내용은 이렇게 시작한다. '유전자 손상 감지기인 ATR은 TopBP1이라는 단백질이 있을 때만 Chk1 효소에 인산기를 붙이는데, 이 반응은 DNA의 여러 부위가 손상되었을 때만 일어난다. 이러한 손상된 DNA에 대한 반응 의존성은 손상된 DNA에만 결합하기 좋아하는 TopBP1이라는 단백질의 선호도에 따른 것임을 보여주고 있다.” 그리고 이것은 고도로 복잡한 과정의 단지 서론에 불과하다.


6. 잘못된 암호에서 멈춰서기 : 린지볼트와 아지즈 상카가 과학전문 잡지인 PNAS 에 주석으로 게재한 내용에 보면, DNA 번역기인 RNA 중합효소 II (RNA Polymerase II)는 DNA 손상에 대해 가장 특이적으로 반응하는 ‘손상인식 단백질(damage recognition protein)’로 작용할 수 있다는 것이다. 이 단백질은 많은 손상이 일어난 DNA 부위를 인지하는 세 가지 주요 세포 반응들에 대한 보편적인 고도 특이적 손상감지기(high-specificity damage sensor)처럼 작동한다. 자외선에 의해 DNA에 결함이 생겼을 때, RNAP II는 멈춰서고 도움을 요청한다. "이 결과 손상된 구조는 DNA 수선, 세포주기 점검, 세포사멸(apoptosis)을 시작하는 단백질들을 불러 모은다.” 아마도 이것은 번역과정이 지연될 때 일어나는 일로 여겨진다. 결국 DNA 내에 존재하는 이러한 결함들이 수정될 때까지 암호 처리 기계는 진행되지 않는다.


7. 손상복구 챔피언 : 서스만(Raquel Sussman)은 과학전문 잡지인 PNAS (August 8, 2007)에 내부기형 뿐 아니라, 외형상의 기형을 독특하게 감지하도록 형성된, 그래서 사람보다 더 높은 효율로 염색체의 병변을 수선할 수 있는 생물모델에 대해서 보고하였다. 이 생물은 열대어의 한 종류인 ‘제브라피시(zebrafish)’이다. 이 개체는 실험실에서 다루기가 용이하기 때문에, 자외선이나 물에 존재하는 발암물질과 같은 암과 DNA 손상을 일으키는 원인들에 대한 통찰력을 줄 수 있는 좋은 모델이라는 것이다.


DNA 손상복구 기전에 대한 이해는 세포의 복잡성(complexity of the cell)에 대해 계속적으로 증가하고 있는 관심의 한 단면일 뿐이다. EurekAlert (August 13, 2007)에 게재된 토론토 대학(U of Toronto)의 언론 보도에 의하면, "유전체의 새로운 복잡성 밝혀내기(Unravelling new complexity in the genome)”라는 제목으로 이러한 경향을 강조하고 있다. 이제 중요한 것은 단지 단백질을 암호화하는 유전자들의 수에 있지 않게 되었다. 중요한 것은 어떻게 이 유전자들에게서 단백질로의 발현이 시작되고 끝나는지, 그리고 어떻게 발현이 조절되는지가 연구의 초점이 되고 있다. 과학자들은 DNA를 유전정보의 근원으로 여기고 있지만, 이들의 상위수준(higher levels)에서 이 유전자를 조절하는 무엇인가가 존재하고 있다. "최근 대표적인 연구결과 하나를 보면, 다른 주요 유전자조절 단계와 함께 작용하는 ‘선택적 짜집기(alternative splicing)’라고 하는 독립된 유전자 조절단계가 제시되고 있다”고 그 기사는 말하고 있다. 결국 유전암호(genetic code) 보다 상위의 레벨에 '조절암호(regulatory code)”라는 또 다른 단계의 유전정보가 존재하고 있는 것으로 나타난다는 것이다. 이 조절암호는 유전자 자체가 보유하고 있는 정보보다 더 중요할 수도 있을지 모른다. 벤자민 블렝코(Benjamin Blencowe, 토론토대학)는 "세포 분화와 조직의 형태별 특성을 정하는 데 관여하는 유전자들의 수와 협동적 조절기작은 이전 연구로 알게 되었던 것보다 훨씬 더 광범위한 것으로 나타나고 있다”고 강조하고 있다. 



세포(cell)는 정말 경이롭지 않은가? 우리 몸은 수 조개의 세포로 구성되어 있지만, 모든 세포 하나하나가 관심과 사랑을 받을 자격을 가지고 있다. 어떻게 무작위적이고 우연한 맹목적인 진화에 의해서 이러한 모든 암호화된 정보와 더불어 자가치료 기작(self-healing mechanisms)들이 만들어질 수 있었을까? 이에 대한 것은 위에서의 그 어떤 논문도 설명하고 있지 않다. 이제 다윈의 이론보다 파스퇴르의 이론을 적용해 보아야 할 것이다. 그리고 그 연구들을 질병을 치료하고, 사람의 건강을 증진시키고, 하나님을 경외하는데 활용해야 할 것이다. 루이 파스퇴르(Louis Pasteur)는 말했다 : "자연을 연구하면 할수록 창조주의 지혜에 놀랄 뿐이다” 

 

*참조 : Molecular Visualisations of DNA  (DNA가 포장 및 복제되는 과정 동영상)
http://www.wehi.edu.au/education/wehitv/molecular_visualisations_of_dna/



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.creationsafaris.com/crev200708.htm ,

출처 - CEH, 2007. 8. 14.

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=4011

참고 : 3358|3275|650|2520|354|602|1732|1405|584|2391|588|591|8|9|3281|4008|3998|3822|3929|3789|3595|3585|3733|3269|3267|3784|3810|3075|3768|3881|4366|4321|4389|4200|4182|4126|4023|4011|4315



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