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2년전 3명의 과학자가 유전자 손상 치유 체계를 발견한 공로로 노벨 상을 받았다. 이들의 업적은 세포의 유전자는 손상 되었을 때 다양한 기작으로 치유될수 있다는 것이고, 각각의 치유기작은 어느 부위가 어떻게 손상 되었는지에 따라 다양 하게 존재한다. 유전자 손상 치유 및 신호 전달 기작을 얼마나 정확하게 이해하느냐에 따라 특정 암과 유전 질환을 치유 하기도 하고, 또 한 최근 각광 받고 있는 유전자 가위 기술의 개발도 좀 더 정교하게 발전 하기도 한다. 유전자 손상 치유가 어떤 과정을 거쳐 일어나고, 이 연구가 우리 생활에 주는 혜택이 어떤 것 들인지 알아 보기로 한다.
■ 강연자 : 조윤제(포스텍 생명과학과 교수)
■ 패 널 : 이현숙(서울대 생명과학부 교수), 강석현(기초과학연구원 연구위원)
■ 사회자 : 박민아(한양대 교수)
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2년 전, 3명의 과학자가 유전자 손상 치유 체계를 발견한 공로로 노벨상을 받았다. 이들의 업적은 세포의 유전자는 손상되었을 때 다양한 방법으로 치유될 수 있다는 것이고, 각각의 치유 메커니즘은 어느 부위가 어떻게 손상되었는지에 따라 다양하게 존재할 수 있다는 것이었다. 유전자 손상 치유 및 신호 전달 메커니즘을 얼마나 정확하게 이해했느냐에 따라 특정 암과 유전 질환을 치유하기도 하고, 최근 각광 받고 있는 유전자 가위 기술의(CRISPR 크리스퍼) 개발도 좀 더 정교하게 발전시킬 수 있다. 유전자 손상 치유가 어떤 과정을 거쳐 일어나고, 이 연구가 우리 생활에 주는 혜택이 어떤 것들이 있을까?
세포의 성장과 번식, 사멸을 주도 하는 것은 세포내의 유전자들이다. 이 유전자들이 정확한 정보를 가지고 복제되어 다음 세대로 정보를 전달하거나, 특정 단백질을 정확하게 만들어 내는 과정은 우리 몸의 대사 과정의 핵심이라 할 수 있다. 세포의 유전자는 내외부의 스트레스에 의해 지속적으로 손상되고, 세포는 이를 정상으로 회복하기 위해 여러 가지 치유 체계를 가동한다. 우리가 유전병이나 암과 같은 질환에 걸리는 주된 이유도 손상된 유전자를 적절히 회복하지 못해서 라고 볼 수 있다. 반면에 유전자에 특정 손상을 유도함으로 세포를 죽일 수도 있고, 이런 방법으로 암과 같은 난치병을 치료하기도 한다. 본 강의에서는 세포내 유전자에 일어날 수 있는 다양한 손상들과 세포가 이를 어떻게 치유하는지에 대해 알아보기로 한다.
<유전자가위 기술 개념도 ※출처 : 한국경제>
모든 생명체를 구성하는 세포의 가장 기본적인 요소는 유전자라 할 수 있다. 유전자로부터 전사, 번역 과정을 통해 단백질이 만들어 지고, 또 복제 과정을 통해 새로운 세포가 탄생하는 근본이 제공 된다. 또한 단백질로 변환 되지 않는 많은 유전자들이 실제로 다양한 리보 핵산들로 변환되어, 이들이 세포의 다양한 대사 과정에 관여 하며, 따라서 유전자의 그 어느 부분도 세포에 불필요한 것이 없다는 것이 최근 연구에서 속속들이 밝혀지고 있다.
(Central Dogma 분자생물학의 중심원리 / 복제, 전사, 번역 등을 통한
일반적 유전정보의 흐름을 보여 주는 분자생물학의 중심원리
70여 년 전 왓슨과 크릭에 의해 DNA의 구조가 구명되고 A, T, G, C 라는 염기 배열에 따라 유전 정보가 해독 되는 것은 일반인들에게 도 너무나 잘 알려진 사실들이다. 그러나 환경(화합물, UV, 방사선 등)에 따라 각각의 핵산을 구성하는 염기들이 떨어져 나가던지, 혹은 유전자가 두 동강이 나던지, 혹은 두 개의 염기가 서로 공유 결합으로 연결되어 복제, 전사 등이 일어나지 못하게 하는 등의 치명적인 손상은 피부암을 비롯하여 우리 몸의 여러 질환을 유발한다.
제임스 왓슨(왼쪽)과 프랜시스 크릭
세포는 손상된 유전자가 발견되면 이에 대한 방어 및 치유 체계를 가동시켜, 손상된 부위를 정상적으로 복구를 시도하고, 손상이 지나치게 커서 복구가 어려운 경우 사멸 과정으로 진행 하게 된다. 유전자 손상 복구는 염기 절단 치유, 당 절단 치유, 비인지 치유, 이중 나선 절단 치유 등 다양한 메커니즘을 손상된 상황에 따라 사용하게 되는데, 본 강의에서는 세포가 어떤 종류의 유전자 손상을 어떤 과정으로 치유하는지, 손상 신호가 전달되는 과정 및 메커니즘을 이해함으로써 우리가 질병 치료에 어떻게 접근 하고 있는지 등을 토론하고자 한다.
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