Identification of a novel circular RNA specific to the bovine placenta from the pregnancy-associated glycoprotein gene

보이지 않는 도서관과 작은 스펀지들

여러분의 몸이 북적이는 도시라고 상상해 보세요. 그리고 모든 세포 안에는 '핵'이라고 불리는 거대한 도서관이 있습니다. 이 도서관은 DNA라는 언어로 쓰인, 여러분을 구성하는 모든 것을 만드는 설계도를 보관하고 있습니다. 보통 도시가 무언가를 만들어야 할 때, 도시은 mRNA라고 불리는 설계도의 복사본을 만듭니다. 이 복사본은 단백질을 만들기 위해 건설 현장으로 보내지는 직선 형태의 텍스트입니다. 하지만 과학자들은 이 이야기에서 기묘한 반전을 발견했습니다. 때때로 세포는 이 직선 형태의 복사본 끝부분을 가져와 서로 붙여 완벽한 원을 만듭니다. 이것들을 원형 RNA(또는 circRNA)라고 부릅니다. 이들은 끝이 없는 폐쇄된 루프 형태이기 때문에, 직선 형태의 복사본처럼 쉽게 분해되지 않고 매우 견고합니다.

왜 사람들이 이 작은 루프들에 관심을 가질까요? 그 이유는 세포 내부에는 마이크로RNA(miRNA)라고 불리는 작은 "지우개"들도 존재하기 때문입니다. 이 지우개들은 보통 특정 지시 사항을 찾아내어 그것을 삭제함으로써, 특정 단백질이 만들어지는 것을 막습니다. 하지만 원형 RNA는 스펀지 역할을 할 수 있습니다. 만약 원형 RNA가 적절한 모양을 갖추고 있다면, 이 지우개들을 흡수하여 중요한 지시 사항들이 삭제되는 것을 방지할 수 있습니다. 이는 세포가 이러한 스펀지 루프를 더 많이 혹은 더 적게 가짐으로써 단백 \text{질이 얼마나 만들어질지를 조절할 수 있음}을 의미합니다. 이는 생명이 어떻게 작동하는지 이해하는 데 있어 매우 중요한 일이며, 특히 임신 중인 어머니의 몸속에서 아기를 키우는 임시 기관인 태반과 같은 곳에서 더욱 그렇습니다. 과학자들은 이 원형 스펀지들이 태반이 제 역할을 하는 데 도움을 주는지 알고 싶어 하지만, 지금까지는 소의 태반 안에 무엇이 떠다니는지 보여주는 좋은 지도가 없었습니다.

소 태반의 비밀 루프

이 연구에서 이와테 대학교의 연구진은 임신 초기 단계의 소(bovine) 태반을 심층적으로 조사하기로 했습니다. 그들은 어떤 종류의 원형 RNA가 그곳에 머물고 있는지, 그리고 그중 태반에 특이적인 것이 있는지 확인하고 싶었습니다. 이것은 마치 도서관을 스캔하여 어떤 책들이 선반에 있는지 확인하는 것과 같습니다. 그들은 임신 약 65일 된 소의 조직 샘히를 채취하였고, 가능한 모든 원형 RNA를 찾아내기 위해 첨단 시퀀싱 기술을 사용했습니다.

결과는 마치 13,958개의 서로 다른 원형 RNA가 담긴 보물 상자를 발견한 것과 같았습니다! 이 루프들의 대부분은 보통 단백질을 코딩하는 유전자의 부분들로 만들어졌으며, 대부분 길이는 300에서 600글자 사이였습니다. 연구팀은 이들이 정말로 원형 루프인지, 아니면 단순한 오류인지 확인하기 위해 가장 인기 있는 것들을 골라냈습니다. 그들은 RNase R이라는 특수한 효소를 사용했는데, 이 효소는 직선 형태는 잘게 부수는 파쇄기 역할을 하지만 원형은 자르지 못합니다. 예상대로 직선 형태의 유전자들은 파쇄되었지만, 원형들은 살아남았으며, 이는 그것들이 정말로 견고한 루프임을 증명했습니다.

하지만 이 인기 있는 루프들이 어디에 사는지 살펴보았을 때, 그들은 다소 지루한 사실을 발견했습니다. 이 루프들은 모체가 되는 유전자들과 마찬가지로 간, 심장, 폐, 근육 등 어디에나 있었습니다. 이들은 태반에만 고유한 것이 아니었기에, 과학자들이 태반 기능에 대한 "특수 요원"으로서 기대했던 존재는 아닐 가능성이 높았습니다.

단 하나의 특별한 루퍼(Looper)

그때, 연구팀은 건초더미 속에서 바늘 하나를 찾아냈습니다. 그들은 태반의 "영양막" 세포(태반을 만드는 일꾼들)에 특이적인 것으로 알려진 유전자로부터 온 원형 RNA를 찾고 있었습니다. 그들은 세 가지 후보를 찾았지만, 그중 두 가지는 테스트를 통과하지 못했습니다. 그러나 bta_circ_2423은 진짜였습니다.

이 특정 원형 RNA는 PAG4(임신 관련 당단백질 4)라고 불리는 유전자에서 왔습니다. 연구진은 이것이 진정한 원형임을 증명했고, 무엇보다도 이것이 오직 태반에서만 발견된다는 것을 알아냈습니다. 소의 간이나 피부에서는 찾을 수 없으며, 오직 태반에만 거주하는 주민이었습니다. 그들은 또한 시간 경과에 따른 이의 인기도를 추적했습니다. 임신 초기에는 조용하다가, 임신 중기에 매우 활발하고 풍부해졌으며, 그 이후에는 다시 차분해졌습니다. 이러한 타이밍은 아기가 빠르게 성장하는 시점에 이 루프가 중요한 일을 하고 있을 수 있음을 시사합니다.

스펀지 효과

그렇다면 이 특별한 루프는 무엇을 하고 있을까요? 연구진은 컴퓨터 프로그램을 사용하여 bta_circ_2342의 모양을 관찰했고, 이것이 세 가지 특정 마이크로RNA인 bta-miR-183, bta-miR-197, bta-miR-3596를 위한 완벽한 스펀지 형태를 띠고 있음을 발견했습니다.

만약 이 마이크로RNA들이 유전자가 작동하는 것을 막는 "지우개"라면, bta_circ_2342는 그것들을 잡아내는 스펀지입니다. 이 루프가 이들을 흡수함으로써, 다른 중요한 유전자들이 계속 활성화될 수 있도록 해줄 수 있습니다. 컴퓨터 분석에 따르면, 이 마이크로RNA들이 보통 조절하는 유전자들은 세포막을 통한 물질 이동, 대사(신체가 에너지를 사용하는 방식), 그리고 면역 체계와 같은 큰 작업들에 관여하고 있었습니다. 태반은 아기에게 영양을 공급하는 동시에 감염으로부터 아기를 보호하는 균형을 잡아야 하므로, 이러한 "스피지" 활동은 건강한 임신을 유지하는 데 결정적인 역할을 할 수 있습니다.

이것이 의미하는 바

이 연구는 이 루프가 정확히 어떻게 소를 돕는지 증명한 것은 아니지만, 경기장에 새로운 선수가 등장했음을 분명히 보여주었습니다. 이는 과학자들이 소의 태반에 특이적이며 오직 그곳에서만 작동하는 유전자와 연결된 원형 RNA를 식별해 낸 첫 번째 사례입니다. 연구진은 이 루프가 마이크로RNA를 위한 스펀지 역할을 함으로써 태반의 기능을 도울 수 있다고 제안하지만, 실제 생활에서 정확히 어떻게 작동하는지 보기 위해서는 더 많은 실험이 필요하다고 인정했습니다. 현재로서는, 우리는 소의 태반에 존재하는 독특하고 견고한 작은 루프가 그곳에 머물며 세포 메시지를 흡수하고, 어쩌면 아기의 성장을 도울 준비를 하고 있다는 사실을 알고 있습니다.