원형RNA 원리 규명 작업을 수행한 KAIST 김윤기 교수(뒤줄 왼쪽부터), 이승재 교수, 이광록 교수. 앞줄 왼쪽부터 부성호 김시은 이동훈 박사. 상단 별도 사진은 이동훈 박사. KAIST 제공

원형RNA와 제거 효소 RNASEK 단백질에 따라 장수 혹은 노화가 진행된다. KAIST 제공

원형 RNA(circular RNA)를 제거해 노화를 늦추는 원리가 규명됐다.

KAIST 생명과학과 이승재 교수 연구팀(RNA 매개 건강 장수 연구센터)은 김윤기 교수·이광록 교수 연구팀과 공동으로 원형 RNA를 분해하는 효소인 RNASEK(알엔에이즈케이) 단백질이 노화를 늦추고 수명을 늘리는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다고 18일 밝혔다. 특히 김윤기 교수는 코로나19 백신 개발의 중요 영역이었던 mRNA 분야의 석학이다.

원형 RNA는 안정성이 높아 분해되지 않고 나이가 들수록 세포에 축적되는 ‘노화의 지표’ 정도로만 알려졌지만 이러한 RNA를 제거하는 분자적 기전과 노화와의 직접적인 연관성은 명확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 원형 RNA의 축적이 노화에 어떤 영향을 미치는지, 이를 조절하는 세포 내 관리 시스템이 존재하는지를 규명하기 위해 연구를 진행했다.

연구팀은 먼저 수명이 짧아 노화 연구에 널리 사용되는 예쁜꼬마선충을 활용한 실험에서 RNA 분해 효소인 RNASEK 단백질이 장수에 필수적이라는 사실을 확인했다. 노화가 진행되면서 RNASEK 양이 감소하고 원형 RNA가 세포 안에 비정상적으로 많이 축적된다는 사실도 밝혀냈다.

반대로 RNASEK 양을 인위적으로 늘리면 수명이 연장되고 건강한 상태로 더 오래 생존했다. 이는 세포 내 원형 RNA를 적절히 제거하는 과정이 장수와 건강 유지에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다는 게 KAIST 설명이다.

연구팀은 또한 RNASEK가 원형 RNA가 서로 뭉쳐 독성을 만드는 현상을 막는다는 사실도 밝혀냈다. RNASEK 결핍 시 원형 RNA가 많이 쌓이면 세포 안에 ‘스트레스 과립(stress granule)’이라는 덩어리가 비정상적으로 형성되는데 이는 세포 기능을 떨어뜨리고 노화를 촉진할 수 있다.

RNASEK는 샤페론 단백질 HSP90(단백질이 잘못 접히거나 서로 뭉치지 않도록 돕는 단백질)과 함께 작용해 이러한 스트레스 과립의 형성을 억제하고 세포가 정상 상태를 유지하도록 돕는다. 특히 이러한 현상은 예쁜꼬마선충 뿐 아니라 생쥐와 인간 세포에서도 동일하게 나타났다. 포유류에서도 RNASEK는 원형 RNA를 직접 분해하는 기능을 갖고 있으며 인간 세포와 생쥐 모델에서 RNASEK가 결핍되면 조기 노화 현상이 나타났다.

연구진은 이번 연구가 RNA 수준의 노화 조절 메커니즘을 규명했다는 점에서 의미가 크다고 설명했다. RNASEK를 이용해 원형 RNA를 조절하는 연구가 향후 인간 노화와 퇴행성 질환 치료 전략 개발로 이어질 가능성도 제시했다.

이승재 교수는 “노화에 따라 축적되는 원형 RNA가 실제로 노화를 유도하며 이를 제거하는 RNASEK가 노화를 늦추고 건강한 장수를 유도하는 핵심 조절자임을 증명한 것”이라고 설명했다. 이번 연구에는 KAIST 생명과학과 김시은 함석진 부성호 이동훈 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 세계적 과학 학술지 Molecular Cell에 2월 24일 자로 게재됐다.