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RNase H의 새로운 RNA 분해기전 규명

- 핵산분해효소 RNase H의 다중-비대칭적 기능 발견 

□ 무작위 RNA(유전정보 전달물질) 분해 효소로 알려진 RNase H가 기질

의 특성에 따라 효소의 분해방향을 바꾼다는 연구결과가 나왔다. 

□ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 생명과학부 이광록 교수 연구팀은 

RNA 분해 과정에서 DNA 오버행(overhang)의 방향에 따라 RNase H가 R

NA를 연속적 혹은 분산적으로 분해하는 새로운 비대칭적 분해모드의 기

전을 규명했다고 밝혔다.

 ∘ 본 연구는 이제까지 알려지지 않았던 RNase H의 다중-기능을 밝혔고, 

이는 유전자 복제 및 유지보수를 이해하는데 큰 영향과 통찰력을 줄 

중대한 발견으로 평가되어 학술지(Nucleic Acids Research)에 상위 1-2 

%인‘Breakthrough Article’로 선정되었다. 

□ RNase H는 생명현상의 가장 기본인 DNA 복제 및 전사 과정에서 중요

한 역할을 하는 효소로서 모든 생명체의 생명유지에 필수적이다. RNas

e H의 돌연변이는 발달성 뇌질환인 아이카디-구티에레스 증후군*을 유

발한다고 알려져 있다. 

  * 아이카디-구티에레스 증후군(AGS:Aicardi-Goutières syndrome): 기저핵의 석회화와 

지스트(광주과학기술원) 보도자료

http://www.gist.ac.kr 

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배포일

2021.11.17.(수)

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담당

홍보팀 조동선 팀장

062-715-2061

홍보팀 이나영 선임행정원 

062-715-2062 

자료 문의

생명과학부 이광록 교수 

062-715-2557

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백질 이영양증, 뇌척수액 림프구 증가증과 관련된 아급성 뇌병증으로 문헌에 보고

된 사례가 120례 정도로 희귀한 유전 질환이다.

□ 연구팀은 RNase H와 다양한 RNA:DNA 구조체의 상호작용을 단일분자 

형광 FRET 관찰기술*을 이용하여 실시간으로 관찰한 결과, 이전 보고

와 달리 다-기능을 가진 효소이며, 이 기능은 DNA 단일 가닥 오버행의 

방향성에 따라 조절됨을 규명하였다. 

  * 단일분자 형광관찰법: FRET(Fluorescence Resonance Energy Transfer)이라는 물리

현상을 이용한 방법으로 분자 하나-하나의 움직임을 관찰할 수 있는 형광기법. 

RNA의 내부구조가 전사과정이 어떻게 변화하는지 알 수 있게 해주는 핵심기술이다. 

□ 연구팀은 DNA 오버행의 방향이 3’일 때, RNase H는 RNA:DNA 혼성체

에서 떨어지지 않고 RNA를 연속적으로 분해하는 것을 알아냈다. DNA 

오버행이 없는 경우와 오버행의 방향이 5’일 경우, RNase H는 RNA:DN

A 혼성체에 결합과 해리를 반복하며 RNA를 분산적으로 분해하는 것을 

확인했다.

□ 전사 과정에서 형성된 R-루프(R-loop)는 유전체의 안정성을 위해서 RN

ase H에 의해 제거되는데, 연구팀은 실제 R-루프의 구조를 재현하여 R

Nase H가 두 가지 분해모드를 사용하여 RNA를 분해함으로써 R-루프

를 제거하는 것을 규명하였다.   

□ 이광록 교수는 “이번 연구는 RNase H의 새로운 RNA 인식모드 및 분

해 분자기전을 밝혔다”면서“향후 유전자 복제 및 유지보수를 이해하

고 발달성 뇌질환인 아이카디-구티에레스 증후군의 신약개발에 공헌할 

것으로 기대된다”고 말했다.

□ 지스트 이광록 교수팀이 수행한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 

지원사업 및 기초연구실과 지스트의 연구원(GRI) 지원을 받아 수행되었

으며, 관련 논문은 생화학&유전학분야 상위 2.6% 논문인 세계적 학술

지인 ‘뉴클레익 에시드 리서치(Nucleic Acids Research)’에 2021년 11

월 12일 온라인 게재되었다.  <끝>  

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논문의 주요 내용

1. 논문명, 저자정보 

 - 저널명 : Nucleic Acids Research , IF: 16.971 (2021년 기준)

 - 논문명 : RNase H is an exo- and endoribonuclease with asymmetric directio

nality, depending on the binding mode to the structural variants of 

RNA:DNA hybrids

 - 저자 정보 : 이현지 (제1저자, 지스트 박사과정) 조혁진 (지스트 박사과정), 김주

영  (지스트 석사), 이수아 (지스트 석사), 유정민 (지스트 연구원), 

박대호 (지스트 교수), 이광록 (지스트 교수, 교신저자) 

1. RNA:DNA 혼성체(RNA:DNA hybrid): 

 ○ 단일 가닥의 DNA와 RNA가 서로 상보적인 염기 서열로 수소 결합을 통해 생성된 

이중 가닥의 혼성체.

2. DNA 오버행(overhang): 

 ○ 이중 가닥의 끝에 존재하는 단일 가닥의 돌출부분

3. 엔도뉴클레아제: 

 ○ polynucleotide 사슬 내부에서 phosphodiester bond를 절단하는 효소로써, 비

특이적이고 무작위적으로 절단하는 특징이 있다. 

4.　엑소뉴클리에이스:

 ○ polynucleotide 사슬의 말단으로부터 phosphodiester bond를 절단하는 효소

로써, 순차적으로 연속해서 절단하는 특징이 있다.

용 어 설 명

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그 림 설 명

[그림] RNase H의 비대칭적 RNA 분해기전 모식도

(1) DNA replication: Lagging strand 합성으로 계속해서 생겨나는 RNA 프라이머

는 RNase H에 의해 분해됨. DNA가 다음 RNA 프라이머까지 합성이 되지 않은 

경우, RNase H는 3’오버행 접합부에 특이적으로 결합하여 RNA 프라이머를 연

속적으로 분해함 (Processive). 반면에 DNA가 RNA프라이머의 5’말단까지 합성

이 완료된 경우, RNase H는 결합과 해리를 반복하며 무작위적으로 RNA를 분해

함 (Distributive).

(2) R-loop processing: 전사 과정에서, 유전체의 안정성을 위협하는 R-loop는 R

Nase H에 의해서 해소됨. R-loop 구조에서 RNase H는 결합과 해리를 반복하며,　

무작위적으로 RNA를 분해함 (Distributive)