중앙대학교 김근필 교수 연구팀, “염색체의 구조적 안정성 유지를 위한 ‘코히신 복합체’의 형성 원리 규명” 

김근필 교수 연구팀(김근필 교수, 최의환 박사, 윤서빈 박사과정, 고영은 석사과정)

세포는 염색체 복제 후, 자매염색분체 사이의 응집을 통해 염색체 구조적 형태형성, DNA 복제, 재조합 및 전사 조절을 가능하게 한다. 이를 위해 기능하는 코히신 복합체는 처음에 자매염색분체 응집에서의 역할이 확인되어 알려졌지만, 이후 DNA 손상 복구, 세포분화조절, 그리고 세포 주기의 간기 동안 "DNA loop" 형성을 통한 위상학적 연관 domain 형성 등 세포 내에서 일어나는 다양한 과정들과 연관되어 있다.

코히신 복합체의 비정상적인 기능으로 세포주기 과정에서 염색체의 비분리가 일어나게 되며 이는 암의 발생과 불임, 그리고 다운증후군과 같은 염색체 질환의 원인이 되기도 한다. 또한, 코히신은 대부분의 진핵생명체들의 염색체 형태 결정과 구조적 안정화를 위해 기능하며 세포의 전사조절에 주요한 기능을 하는 것으로 알려졌다.

(사진) 염색체 구조적 안정성 유지를 위한 코히신 복합체의 기능

중앙대학교 생명과학과 김근필 교수 연구팀은 체세포와 줄기세포에서 이러한 코히신의 다양한 기능을 규명하였고, 특히 줄기세포가 갖는 독특한 코히신의 기능을 초고해상도 3D 현미경과, ChIP 그리고 RNA sequencing 방법을 통해 규명하였다. 체세포 분열을 비롯한 생식세포분열과정에서 기능하는 다양한 종류의 코히신 인자들이 배아줄기세포에서 발현되며 이들 모두 염색체의 구조 형성, DNA 복제, 그리고 염색체 분리 현상에 관여한다는 것을 관찰하였다. 연구진은 세포 내의 코히신 복합체 형성을 억제하면 염색체가 비규칙적인 형태로 강한 응축현상을 나타내며 세포주기의 중기 전에 염색체 비분리가 되어 세포의 유전체는 불안정한 상태를 겪게 되는 것을 관찰하였다. 특히 코히신은 세포주기 간기의 염색체에 결합한 후 컨덴신(Condensin)이 세포주기 전기에 코히신 결합자리를 대신하여 염색체 응축이 일어나 중기의 염색체가 되는데, 이에 관여하는 컨덴신은 retinoblastoma protein (망막아종단백질)에 의해 염색체에 접근할 수 있게 된다는 것을 규명하였다. 또한, 생식세포 분열과정 특이적으로 발현되는 코히신 인자인 REC8과 STAG3가 줄기세포의 염색체 안정화를 위한 기능을 나타낸다는 것을 세계 최초로 규명하였다.

관련 연구는 김근필 교수 연구팀의 주도하에 생명과학과 한윤수 교수, 건국대학교 도정태 교수, 그리고 University of Albany-SUNY 이범규 교수와의 국제공동연구로 진행되었고, 본 연구결과는 연구재단 중견연구자지원사업과 중앙대학교 선도연구센터(센터장: 이강석 교수)으로부터 연구비를 지원받아 진행되었다. 논문명은 “Meiosis-specific cohesin complexes display essential and distinct roles in mitotic embryonic stem cell chromosomes”이며, 2022년 3월 1일 Genome Biology (IF = 13.583)에 발표되었다.