노벨상 위원회는 7일(우리시간), 2015년 노벨 화학상을 Tomas Lindahl 씨(프랜시스 크릭 연구소), Paul Modrich 씨(듀크 대학), Aziz Scancar 씨(노스 캐롤라이나 대학)에 수여한다고 발표했다.
인간을 비롯한 지구상의 생물은 DNA에 의해 유전 정보를 전달하고 있다. 이 DNA의 배열이 담배에 포함 된 화학 물질과 독성을 가진 물질 등에 의해 흐트러지면 암이나 유전 질환 등의 원인이 되어 버린다.
DNA의 이중 나선 구조가 발견 된 지 수십 년이 지났을 당시 1970년대 초, DNA는 매우 안정된 구조의 물질이라고 생각했다. 그러나 Lindahl 씨는 프린스턴 대학에서 박사 연구원 시절에 RNA 분자가 가열에 의해 쉽게 손상되는 것에 의문을 가지고 DNA도 생각했었던 만큼 안정된 물질이 아닌 것은 아닐까라고 생각하게 된다.
그 후 스웨덴의 카롤린스카 연구소에서 연구를 계속하고 있던 Lindahl 씨는 DNA에 포함 된 시토신이라는 분자의 아미노기가 쉽게 이탈하여 시토신이 우라실이라고 하는 분자로 변해 버리는 것을 발견했다. DNA는 아데닌, 티민, 시토신, 구아닌의 4개의 염기로 구성되어 있으며, 아데닌은 티민과 시토신은 구아닌과 반드시 쌍을 이루어 결합하기 때문에, 변화 후의 우라실은 구아닌과 결합 할 수 없게되어 버린다. 즉, 이런 "오류"를 정정하는 구조가 존재하지 않으면, DNA 분자는 작은 계기로 망가져, 다시는 복원되지 않는 것으로 되어버린다.
상세히 관찰한 Lindahl 씨는, 이 우라실로 된 분자 사슬을 근본적으로 차단하고, 새로운 시토신 분자로 대체 기능을 가진 글리코실라아제(glycosylase)라는 효소가 생물의 체내에 존재하고 있음을 실험적으로 증명했다. 현재 이 기구는 "염기 제거 수복(base excision repair)"라고 되어 있으며, DNA의 재생 메커니즘을 이해하는데 중요한 과정으로 되어 있다.
다음, 수상자의 한 사람인 Sancar 씨....
그는 DNA에 생기는 손상 중에서도 특히 자외선이나 담배 등 유해 화학 물질에 의한 손상에 주목했다.
Sancar 씨는 먼저 DNA 분자가 자외선이나 화학 물질에 의해 손상되었을 때, 인접한 2개의 티민 분자가 달라 붙는 것으로 이합체를 형성하는 것을 발견했다. 이러한 티민 이합체를 포함한 DNA 분자는 제대로 작동하지 않기 때문에 절단, 복구 할 필요가 있는데 이때 엑시누클라아제(exnuclease)라는 효소가 티민 이량체의 양측 5염기의 위치(총 12염기 사슬)에서 DNA의 손상 부분을 잘라내고, 대신 DNA 중합 효소가 침투하여 정상적인 상태로 복구를 하고 있는지 파악.
이 구조는 "뉴클레오티드 제거 복구(Nucleotide excision repair)"라고 피부암 치료 개발등의 분야에서 큰 영향을 주었다.
마지막으로 Modrich 씨의 경우는....
DNA는 세포가 분열 할 때 복사 된 같은 것을 복제하는 기능을 가지고 있지만, 이 복제 과정에서, 전술 한 아데닌과 티민, 시토신과 구아닌의 페어가 성립하지 않고 불일치를 일으켜 버릴 수가 있다.
이러한 DNA에 포함 된 불일치를 그대로 두면 잘못된 유전 정보가 전달되고, 나아가서는 종의 돌연변이 같은 문제를 발생하게 된다. 따라서 생체 시스템의 건강한 성을 유지하기 위해서는 원본의 DNA 배열과 대상의 DNA 배열을 비교, 교정하는 구조가 필수적이다.
Mordrich 씨는 MutH라는 단백질이 원래의 DNA 배열과 복사 한 DNA 서열을 비교(정확하게는 DNA의 메틸화 상태를 비교)하여 복제시 발생한 불일치를 감지하고, 그 부분을 제거하는 기능을 가지고 있다는 것을 발견했다. 이 구조는 "불일치 복구(Mismatch repair)"라고 한다.
세 사람의 연구 성과는 모두 분자 생물학 교과서에는 반드시라고 해도 좋을만큼 기재되어 있는 매우 중요한 발견으로 유전 질환을 비롯한 각종 질병의 메커니즘의 이해와 치료법을 개척하는데 있어서 매우 중요한 연구 결과가 되고 있다.
The Nobel Prize in Chemistry 2015