비암호화 RNA(IncRNA)란 ?
비암호화 RNA(lncRNA)는 단백질을 생산하지 않는 RNA 분자를 말해요. 이 RNA는 전사되지만, 번역되어 단백질로 만들어지지는 않아요. lncRNA는 대부분 길이가 짧고 세포 내에서 다양한 조절 역할을 수행하며, 유전자 발현 조절, 염색체 구조의 조정, 그리고 단백질 활동의 조절 등에 관여해요.
나비 날개가 어떻게 다채로운 패턴을 갖게 되는지에 대한 미스터리를 서프라이즈 RNA가 해결합니다.
eBay에서 판매된 돌연변이 나비가 과학자들이 나비 날개의 복잡한 빨간색, 노란색, 흰색, 검은색 줄무늬의 기원을 새롭게 이해하는 데 큰 도움을 주었습니다. 이 나비를 포함한 최근 연구들은 많은 동물들의 눈에 보이는 특징들이 RNA를 기반으로 하는, 아직 잘 알려지지 않은 유전적 조절 메커니즘에 의해 어떻게 제어될 수 있는지를 밝혀냈습니다.
과거에는 2016년까지만 해도 과학자들이 날개 패턴의 변화 대부분이 ‘cortex’라는 단백질을 암호화하는 유전자에 의해 결정된다고 믿었습니다. 하지만 이제 세 연구팀이 이전에는 놓쳤던 다른 유전자가 실제로 핵심 역할을 한다는 것을 증명했습니다. 이들이 발견한 것은 단백질이 아닌, 날개의 검은색과 다른 색상의 색소 침착 패턴을 조절하는 RNA입니다. 한 연구팀은 이 RNA가 색상 생성을 미세 조정하는 더 작은 RNA로 분해된다는 사실도 발견했습니다.
이 발견은 긴 비암호화 RNA(lncRNA)가 동물의 특징 진화에 관여한다는 최초의 사례로, 이제 우리는 비암호화 RNA에 더 많은 주목을 해야 한다고 리버풀 대학의 진화 생물학자 Ilik Saccheri는 말합니다.
진화발생생물학자 Luca Livraghi의 중요한 발견은 eBay에서 흰색 Heliconius 나비가 판매되고 있다는 이야기를 듣고 나서였습니다. 그들은 ‘상아’ 돌연변이로 알려진 여러 서열을 분석하고, 피질 유전자 영역에서는 아무런 결과도 얻지 못했습니다. 하지만 이후 그들은 아무도 주목하지 않았던, lncRNA를 암호화하는 서열을 발견했습니다. 그들은 유전자 편집 도구 CRISPR를 사용하여 이 lncRNA 유전자만을 비활성화하자, 흰색 날개를 가진 나비가 탄생했습니다.
Livraghi 팀은 이와 같은 lncRNA가 다른 나비 종에서도 검은색과 다른 색소 침착을 제어한다는 사실을 발견했습니다. 이 발견은 핵심 조절자가 단백질이 아닌 RNA라는 새로운 결론에 이르게 했습니다.
다른 연구팀도 이와 유사한 발견을 했습니다. 코넬 대학의 연구팀은 박나비의 날개 색상 패턴에 영향을 미치는 동일한 lncRNA를 발견했습니다. 그들의 연구 결과, 이 RNA는 가을에 날개 색상이 더 어두워지게 만드는 역할을 합니다.
이 연구들은 동물의 유전적 조절이 단백질만이 아닌 RNA에 의해서도 이루어질 수 있다는 새로운 이해를 제공합니다. 이러한 발견은 동물계 전반에 걸쳐 RNA의 역할에 대한 우리의 인식을 확장시키며, 앞으로의 연구 방향에 중요한 영향을 미칠 것입니다.
doi: 10.1126/science.zsupi1d / 사이언스 참고
Issue: 비암호화 RNA의 발견은 언제 어떻게 이루어졌나요?
Clue: 비암호화 RNA는 20세기 후반에 처음 발견되었어요. 초기에는 이 RNA들이 단순히 “쓰레기 DNA”에서 나오는 무의미한 RNA로 여겨졌지만, 점차 그들이 중요한 생물학적 기능을 수행한다는 것이 밝혀지기 시작했어요. 2000년대 들어서며, 고처너 프로젝트와 같은 대규모 유전체 프로젝트를 통해 이러한 RNA가 다양한 생물학적 과정에서 중요한 역할을 한다는 사실이 더욱 명확해졌죠.
Issue: 암호화 RNA와 비암호화 RNA의 공통점과 차이점은?
Clue: 암호화 RNA(coding RNA)와 비암호화 RNA(non-coding RNA)는 세포 내에서 중요한 역할을 수행하며, 그 기능과 구조에서 공통점과 차이점을 가집니다. 이들 RNA의 주요 특성을 비교하여 설명하겠습니다.
공통점
- 유전 정보 전달: 두 유형의 RNA 모두 세포 내에서 유전 정보를 전달하는 역할을 합니다. DNA로부터의 정보를 다른 형태로 전환하거나, 특정 유전 정보를 실현하는 과정에 관여합니다.
- RNA 중합효소에 의한 합성: 암호화 RNA와 비암호화 RNA 모두 DNA를 템플릿으로 하여 RNA 중합효소에 의해 합성됩니다.
- 생물학적 중요성: 두 유형의 RNA는 생명체의 생리학적 기능과 발달, 질병의 발생 및 진화에 중요한 역할을 합니다.
차이점
- 기능적 역할:
- 암호화 RNA: 주로 메신저 RNA(mRNA)로, 단백질을 합성하는 데 필요한 유전 정보를 담고 있습니다. 이 RNA는 리보솜에서 단백질로 번역되는 과정에 직접적으로 관여합니다.
- 비암호화 RNA: 단백질을 직접 합성하지 않으며, 유전자의 발현 조절, RNA 스플라이싱, 단백질의 활성 조절, 염색체 구조의 유지 등 다양한 조절 기능을 수행합니다. 예를 들어, 리보솜 RNA(rRNA), 전송 RNA(tRNA), 소규모 간섭 RNA(siRNA), 마이크로 RNA(miRNA), 긴 비암호화 RNA(lncRNA) 등이 있습니다.
- 구조와 크기:
- 암호화 RNA: 일반적으로 코돈(codon)으로 알려진 세 개의 염기서열로 구성된 암호를 통해 특정 아미노산을 지정합니다. 이들은 단백질 합성에 필요한 정보를 전달하기 위해 다양한 길이를 가질 수 있습니다.
- 비암호화 RNA: 구조와 크기가 매우 다양하며, 각각의 기능에 따라 특화된 복잡한 공간 구조를 가질 수 있습니다. 예를 들어, tRNA는 특정한 클로버리프 모양을 가지고, lncRNA는 길이가 매우 길 수 있습니다.
- 다양성:
- 암호화 RNA: 주로 단백질 합성과 관련된 정보를 전달하는 데 한정되어 있습니다.
- 비암호화 RNA: 기능의 다양성이 훨씬 더 넓으며, 세포 내에서 다양한 조절 과정에 관여합니다. 이들은 유전자의 발현을 조절하는 방식이 매우 다양하여 세포의 기능과 운명에 광범위한 영향을 미칩니다.
암호화 RNA와 비암호화 RNA는 각각의 중요한 역할과 함께, 생명체의 복잡성과 다양성을 가능하게 하는 생물학적 다양성의 일부를 구성합니다.
Issue: 비암호화 RNA 연구의 중요한 발전은 무엇이었나요?
Clue: 비암호화 RNA 연구에서 중요한 발전 중 하나는 lncRNA가 유전자 발현 조절에 핵심적인 역할을 한다는 인식의 변화였어요. 또한, 특정 lncRNA가 암, 심장 질환, 신경 퇴행성 질환과 같은 다양한 질병의 발생과 연관되어 있다는 사실이 밝혀진 것도 중요한 발전이었죠.
Issue: 현재 비암호화 RNA 연구에서 가장 주목받는 분야는 무엇인가요?
Clue: 현재 lncRNA 연구에서 가장 주목받는 분야는 이 RNA가 질병 발생과 진행에 어떤 역할을 하는지 이해하는 것이에요. 특히, 암, 심장 질환, 신경 질환과 같은 다양한 질병에서 lncRNA의 역할을 규명하려는 연구가 활발해요. 이러한 연구는 새로운 치료법의 개발로 이어질 수 있는 잠재력을 가지고 있죠.
Issue: 비암호화 RNA(lncRNA)의 구체적인 기능 중 하나를 예로 들 수 있나요?
Clue: 네, 예를 들어 XIST(X-inactive specific transcript)라는 lncRNA는 X염색체 불활성화에 중요한 역할을 해요. 포유류 암컷은 두 개의 X염색체를 가지고 있는데, 이 중 하나는 거의 완전히 비활성화되어야 합니다. XIST는 비활성화될 X염색체 전체에 퍼져 나가 그 염색체의 대부분 유전자가 활성화되지 않도록 조절해요. 이 과정은 발달 초기에 매우 중요하며, XIST의 작용을 통해 유전자 발현의 균형이 유지되죠.
Issue: 비암호화 RNA가 질병 치료에 어떻게 기여할 수 있나요?
Clue: lncRNA는 질병의 발생과 진행에 중요한 역할을 하기 때문에, 이들을 대상으로 한 치료 전략이 개발될 수 있어요. 예를 들어, 특정 lncRNA의 발현을 조절하여 질병 관련 유전자의 활성을 조절할 수 있어요. 또한, lncRNA를 표적으로 하는 약물이나 유전자 치료법을 개발함으로써, 질병을 더 효과적으로 치료할 수 있는 가능성이 있죠.
Issue: lncRNA와 질병과의 관계에 대해 더 자세히 알려주세요.
Clue: lncRNA는 여러 질병의 발생과 진행에 관여해요. 예를 들어, HOTAIR(HOx transcript antisense RNA)는 암의 발생과 관련이 있어요. HOTAIR은 유전자 발현을 조절하여 종양 세포의 침윤과 전이를 촉진할 수 있습니다. 이 lncRNA의 과발현은 유방암, 대장암, 간암 등 여러 암종에서 관찰되며, 이는 HOTAIR이 암의 예후와 관련이 있음을 시사해요.
Issue: lncRNA를 대상으로 하는 연구 방법에는 어떤 것들이 있나요?
Clue: lncRNA 연구에는 다양한 방법이 사용됩니다. RNA 시퀀싱과 같은 유전체학 기술을 통해 lncRNA의 존재와 발현 패턴을 확인할 수 있어요. CRISPR-Cas9과 같은 유전자 편집 기술을 이용해 특정 lncRNA의 기능을 조절하거나 제거함으로써 그 역할을 연구할 수도 있죠. 또한, RNA 이종 이식(hybridization) 실험을 통해 lncRNA가 결합하는 DNA 또는 단백질을 식별할 수 있습니다. 이러한 방법들은 lncRNA의 기능과 그것이 참여하는 생물학적 경로를 이해하는 데 도움을 줘요.
Issue: 현재 이 분야의 연구에서 어려움은 무엇인가요?
Clue: lncRNA 연구에서 가장 큰 어려움 중 하나는 이 RNA들의 기능을 정확히 이해하는 것이에요. lncRNA는 매우 다양하고 그 기능이 복잡하기 때문에, 각 lncRNA가 세포 내에서 어떤 역할을 하는지 파악하는 것이 쉽지 않아요. 또한, lncRNA의 기능적 중요성을 실험적으로 입증하는 데 필요한 기술적 도전도 있죠.
Issue: 비암호화 RNA 연구의 미래 방향은 어떻게 될까요?
Clue: 비암호화 RNA 연구의 미래 방향은 기능적 이해의 확장과 질병 치료법으로의 응용에 초점을 맞출 것으로 보여요. 더 많은 lncRNA의 기능이 밝혀지고, 이들이 질병의 원인 또는 치료 표적으로 어떻게 활용될 수 있는지에 대한 연구가 확대될 거예요. 이는 새로운 진단 방법과 치료법의 개발로 이어질 수 있을 것이며, 맞춤 의학의 발전에도 기여할 것으로 기대돼요.
Issue: 비암호화 RNA를 활용한 새로운 치료법 개발에는 어떤 장애물이 있을까요?
Clue: lncRNA를 활용한 치료법 개발의 장애물로는 정확한 기능 규명, 안전한 치료법 개발, 그리고 효과적인 전달 시스템의 개발 등이 있어요. lncRNA의 다양한 기능과 복잡한 조절 메커니즘이 이해되어야 하며, 이 RNA를 대상으로 하는 치료가 인체에 부작용 없이 안전하게 적용될 수 있도록 해야 해요. 또한, 치료제를 효과적으로 대상 조직에 전달할 수 있는 시스템의 개발도 중요한 도전 과제죠.
lncRNA 기반 치료법의 미래는 매우 유망해 보입니다. 이미 몇몇 lncRNA가 질병의 원인이 되는 것으로 밝혀진 바 있으며, 이들을 표적으로 하는 치료 전략이 개발되고 있습니다. 예를 들어, 특정 lncRNA의 활성을 억제하거나 기능을 차단하는 약물이나 소분자가 개발될 수도 있고, lncRNA를 이용한 유전자 치료법도 연구되고 있습니다. 이러한 치료법은 암, 심장 질환, 신경 질환 등 다양한 질병에 대한 새로운 치료 옵션을 제공할 수 있을 것으로 생각됩니다.
