건국대, RNA 생산 조절하는 DNA 설계 기술 개발

[이데일리 김응열 기자] 건국대는 생물공학과의 박기수 교수 연구팀이 단백질이나 화학적 조절 인자 없이 DNA 서열 설계만으로 RNA 전사를 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

(왼쪽부터)건국대 생물공학과의 이은성·우지수 연구원(제1저자), 박기수 교수(교신저자). (사진=건국대)

연구팀은 RNA를 생성하는 효소인 T7 RNA 중합효소(T7 RNA polymerase)의 작동 과정에서 특정 DNA 구조인 ‘플랩 구조(DNA flap)’가 형성될 경우 RNA 생성이 선택적으로 억제된다는 원리를 규명했다. 연구팀은 이를 바탕으로 RNA 생성 과정을 필요에 따라 켜고 끌 수 있는 전사 제어 기술(D-FIT, M-FIT)을 제시했다.

연구팀은 T7 RNA 중합효소가 RNA 합성을 시작할 때 인식하는 DNA 구간인 ‘T7 프로모터(T7 promoter)’의 말단에 단일 가닥 형태의 플랩 구조(DNA flap)를 도입하고 플랩을 구성하는 염기의 종류에 따라 DNA가 RNA로 전사되는 효율이 크게 달라진다는 사실을 확인했다. 특히 시토신(C)과 티민(T)과 같은 피리미딘 계열 염기가 풍부한 플랩 구조는 전사를 강하게 억제하는 것으로 나타났으며 이러한 현상은 이번 연구에서 처음으로 규명됐다.

연구팀은 이를 통해 플랩 구조가 제거될 때만 전사가 활성화되는 ‘D-FIT’ 시스템을 개발했다. 이는 DNA 절단 효소인 ‘디엔에이자임(DNAzyme)’이 특정 위치의 플랩 구조를 절단하면 억제돼 있던 전사가 다시 시작되는 방식이다. 외부 단백질이나 화학적 조절 인자 없이도 RNA 생성 과정을 정밀하게 제어할 수 있는 것이다.

연구팀은 특정 핵산이 존재할 때만 전사가 일어나도록 하는 ‘M-FIT’ 시스템도 구현했다. 이는 분리돼 있던 ‘엠엔에이자임(MNAzyme)’이 표적 핵산을 인식하면 결합해 플랩 구조를 제거하고 그 결과 억제돼 있던 전사가 선택적으로 유도되는 방식이다. 이를 통해 특정 유전 물질을 선택적으로 인식하고 원하는 RNA를 생성할 수 있다.

이번 기술은 RNA 치료제, mRNA 생산, 핵산 기반 진단 등 다양한 분야에 활용될 전망이다.

이번 연구에는 건국대 생물공학과의 이은성·우지수 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 박기수 교수는 교신저자로서 연구를 총괄했다.