KISTI의 과학향기

생명체가 다음 세대로 자신의 정보를 건네주는 유전은 과학자들의 오랜 관심이었다. 과학자들은 유전을 일으키는 물질이 바로 세포 속에 들어있는 DNA라는 사실을 밝혀냈고, 몇 바이러스는 DNA 대신 유전정보전달물질인 RNA를 유전물질로 사용한다는 것도 알아냈다. 모든 생물은 DNA나 RNA의 정보로 단백질을 만들어 생체활동을 하고, 자신만의 독특함을 후대에 전한다.

그런데 지난 10월 초 발표된 올해 노벨상에서 RNA를 주제로 한 연구가 생리의학상과 화학상을 동시에 휩쓰는 일이 벌어졌다. 같은 주제의 연구가 한 해의 노벨상을 두개씩이나 받는 일은 매우 특이한 경우다. RNA가 무엇이기에 두 분야에나 걸쳐 노벨상을 수상하게 됐을까?

먼저 노벨화학상을 수상한 미국 스탠퍼드대 로저 콘버그(59) 교수는 세포 내 DNA에서 RNA로 유전정보가 전달되는 과정을 규명했다. DNA는 유전정보를 담고 있는 물질로 세포의 핵 안에 있다. 이 DNA의 유전정보를 따라 RNA가 만들어지고, RNA는 핵 바깥으로 빠져나와 모든 생명 현상을 주관하는 단백질을 만든다.

이렇게 DNA에서 RNA로 정보를 전달하는 과정을 ‘전사(transcription)’라고 부르며, 이때 관여하는 RNA는 정보를 전달한다고 해서 mRNA(messenger RNA)라고 부른다. 전사는 DNA와 RNA에 여러 효소가 달라붙어 일어나는데, 로저 콘버그 교수는 이 장면을 잡아냈다. 효모에서 전사 과정 중인 DNA, RNA, 효소의 집합체를 얼려서 분리한 후 X선 사진을 찍은 것이다. 로저 콘버그 교수의 연구는 전사와 관련된 집합체의 구조를 원자 단위까지 볼 수 있도록 해 향후 유전자 연구에 지대한 역할을 했다는 점에서 큰 의미가 있다.

재미있는 사실은 로저 콘버그 교수의 아버지인 아서 콘버그가 1959년 DNA의 복제과정을 밝혀 노벨생리학상을 받았다는 것이다. 아버지가 노벨상을 받을 당시 12살이었던 로저 콘버그는 자신도 유전자 연구를 하겠다고 결심했다고 한다.

한편 노벨생리의학상을 수상한 미국 스탠퍼드대 의대 앤드루 파이어(47) 교수와 매사추세츠의대 크레이그 멜로(46) 교수는 두 가닥으로 이뤄진 이중나선 RNA에 의해 유전자 발현이 억제되는 ‘RNA 간섭’(RNA interference)이라 불리는 현상을 발견했다. RNA가 단순히 유전 정보를 전달하는 역할 뿐 아니라 유전자의 작동을 조절하는 기능을 한다는 것이다.

어떻게 이런 일이 가능할까? RNA는 매우 안정적인 DNA와 달리 매우 활동적인 분자다. DNA를 이중 가닥의 꽉 닫힌 지퍼로 비유한다면, RNA는 단일 가닥의 열려진 지퍼다. DNA에서 RNA로 전사가 일어날 때 DNA는 RNA를 만들 수 있도록 지퍼의 중앙을 살짝 열어준다. DNA 지퍼에 꼭 맞는 RNA 지퍼 조각이 하나씩 차례차례 달라붙어 mRNA를 만든다. 전사가 끝나면 DNA는 열었던 지퍼를 황급히 닫아 유전 정보를 보존한다.

RNA는 활동성이 높기 때문에 다른 DNA, RNA와 쉽게 붙는다. 이런 성질 때문에 RNA는 생체 내에서 매우 다양한 역할을 수행할 수 있다. ‘RNA 간섭’ 현상도 RNA의 이런 성질 때문에 일어난다. 예를 들어 단백질 생성을 위해서 만들어진 mRNA에 꼭 맞는 짝을 가진 RNA 조각이 있다면 그 mRNA에 달라붙을 것이다. 이렇게 되면 mRNA는 단백질을 만들어내지 못하게 된다.

이 현상이 처음 발견된 것은 꼬마선충에서다. 1998년 파이어 박사와 멜로 박사 연구팀이 우연히 단일 가닥의 RNA 염기들을 결합시킨 이중가닥의 RNA를 꼬마선충의 세포 안에 주입하자 짝이 맞는 RNA만이 특이적으로 파괴돼 유전자 발현이 억제된다는 사실을 알아낸 것이다. 이후 다른 과학자들에 의해 하등동물에서뿐 아니라 인간을 비롯한 포유동물에서도 RNA 간섭이 일어난다는 사실이 밝혀졌다.

이 RNA 간섭은 어떤 의의가 있을까? 과학자들은 질병을 치료하는 목적으로 RNA 간섭이 맹활약할 것으로 보고 있다. 예를 들어 유전병은 특정 유전자의 발현 이상 때문에 일어나는 것으로 알려져 있다. 유전병을 일으키는 유전자에 짝을 이루는 RNA를 세포 내에 집어넣어 질병을 근원단계부터 치료할 수 있다.

바이러스 감염, 암 등에서도 RNA 간섭은 응용될 수 있다. 바이러스나 암세포가 해로운 단백질을 만들지 못하도록 RNA를 넣어주는 것이다. 이렇게 생체에 주입해서 RNA 간섭 현상을 유도할 수 있는 소간섭 RNA(siRNA, small interfering RNA)는 많은 제약회사와 연구팀에서 신약개발 차원에서 활발히 연구 중이다.

물론 문제도 있다. 우선은 치료를 목적으로 주입한 siRNA가 생체 내에서 다른 단백질 합성을 억제하는 결과를 초래할 수 있다는 점이다. 그렇지만 전문가들은 RNA 간섭 현상이 특이성이 매우 높기 때문에 부작용의 가능성은 낮다고 말한다. 더 중요한 문제는 siRNA를 생체 표적세포로 이동시킬 수단이 아직 없다는 데에 있다. 이 문제의 해결에 따라 siRNA의 활약이 달라질 것이다.

오랫동안 유전정보의 보조 역할로 여겨졌던 RNA가 올해 노벨상을 휩쓴 것은 우연히 아니다. RNA에는 아직도 우리가 알지 못하는 신기한 기능들이 숨겨져 있을 것이다. RNA를 마음대로 제어할 수 있게 된다면 생명 현상에 대한 우리의 이해도 더 깊어질 것이다. RNA의 활약을 기대해 보자. (글 : 김정훈 과학전문 기자)