생명체의 유전자는 여러 가지 요인으로 인해 다양한 손상을 입을 수 있고, 생체 내에서 자발적인 디퓨린화 반응으로 DNA의 염기를 잃는 손상이 하루에 10,000번이나 발생할 정도로 그 빈도가 높다. 이러한 유전자의 손상은 자기복제 과정에서 빈번한 돌연변이를 발생시키게 되고, 그 발생 위치에 따라 종양 세포의 발생, 신호 전달 (signal transduction) 체계의 훼손, 세포 주기 (cell cycle)의 비정상적 조절, 세포사멸 (apoptosis)의 유도 등 세포의 기능에 심각한 문제를 양산하게 된다. 그러나, 세포는 이러한 문제를 예방하기 위해 DNA 회복 (repair) 과정을 통하여 유전자의 여러 가지 손상을 정상적으로 복구하게 된다. 세포 내의 돌연변이 발생빈도 또는 돌연변이로 인한 여러 문제점이 회복 시스템의 활성 정도와 밀접한 관계가 있다는 사실은 DNA 회복 시스템이 유전자를 다양한 손상으로부터 품질관리하는 중요한 시스템임을 의미한다. 예를 들면, DNA 손상의 회복기능 저하로 생기는 XP (xeroderma pigmentosum; 피부 색소 세포 건조증) 질환을 앓고 있는 사람들은 90% 이상이 피부암에 걸리게 되고 다른 종류의 암 발생률도 일반인에 비해 10-20 배정도 높다. 생명체의 유전자의 손상이 어떤 과정을 통해 문제를 발생시키며 회복 시스템은 어떤 방법으로 이 손상을 회복시키는가를 이해하기 위해서는 먼저 몇 가지 의문점을 해결해야 한다.
첫째, DNA의 손상들은 아주 높은 정확성을 가진 정상적인 자기복제 과정을 어떤 원리로 방해하고 있으며 또, DNA 손상 위치에서는TR (translesion replication) (그림 1) 이라고 불리는 독특한 방법으로 자기복제를 수행하는 데 이 때 왜 빈번한 돌연변이가 발생하게 되는가 하는 점이다.
둘째, DNA 손상을 복구하는 주요한 두 가지 방법 중 BER (base excision repair) 방법 (그림 1)에서는 여러 가지 글리코실라제 (glycosylase)라는 효소들이 특이하게 한 종류의 DNA 손상만을 인식하고 회복 과정을 시작하는 반면, NER nucleotide excision repair) 방법 (그림 1)에서는 한 DNA 손상 인식 시스템이 다양한 종류의 DNA 손상을 종류에 관계없이 모두 인식하여 회복 과정을 시작하는가 하는 점이다.
셋째, NER의 인식 단백질의 경우 인식 속도가 낮은 DNA의 손상은 세포에서 회복되지 않고 돌연변이 등을 발생시킬 수 있는 데 이런 문제점을 극복하기 위한 방법은 무엇이며 또 어떤 원리로 이를 해결하는가 하는 것이다.
따라서, 본 연구는 이러한 의문점의 해결을 통하여 DNA의 손상을 정확하고 신속하게 인식하여 회복시키는 DNA 회복 과정 즉 유전자의 품질 관리 시스템의 근본적인 원리를 이해할 수 있는 연구 방안을 제안 하고자 한다. 이 연구 결과를 응용함으로써 회복 시스템의 기능 저하로 생기는 문제를 해결하는 방법을 개발하거나 여러 가지 DNA 손상을 회복하는, 기능이 아주 뛰어난 새로운 회복 단백질의 개발할 수 있는 원리를 제시할 수 있게 된다. 또, DNA 손상이 돌연변이를 발생시키는 원인을 이해하게 되면 이는 돌연변이의 발생을 예방할 수 있는 새로운 기술을 개발하는 데 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이다.
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