[궁금사전] DNA 헬리카제 (helicase) 의미와 기능 활성 분석 방법

출처: pixabay

 

 

 

안녕하세요? NV2NGN입니다.

 

이번 글에서는 헬리카제 그 가운데 DNA 헬리카제에 대해 살펴보고자 합니다.

 

 

DNA 헬리카제(helicase): 유전자 이중 가닥을 풀어준다

 

1. 헬리카제란?
- 헬리카제는 DNA 복제(replicase)에 관여하는 중요한 효소입니다.

그 주요 기능은 이중 가닥으로 이루어진 DNA 분자를 풀어주는 것입니다.

- DNA를 뒤틀린 사다리(유명한 **이중나선**)로 상상해 보세요. 헬리카제는 가위처럼 작용하여 두 가닥을 함께 묶는 수소 결합을 잘라냅니다.
- 그렇게 함으로써 다른 효소가 분리된 가닥에 접근하여 유전 정보를 복사할 수 있도록 하는 **복제 포크**를 생성합니다.

2. 헬리카제는 어떻게 작동할까?
 1) 헬리카제는ATP(아데노신삼인산)을 에너지원으로 사용하는데, 이 ATP를 가수분해하여 염기쌍 사이의 수소 결합을 끊습니다.
 2) DNA 가닥을 따라 움직이며 특정 방향(3'에서 5' 또는 5'에서 3')으로 풀어집니다.
 3) 풀린 단일 가닥 DNA는 복제 중에 DNA 중합효소의 주형 역할을 합니다.

3. DNA 헬리카제의 기능은?
1) DNA 복제:

 - 헬리카제는 복제 기점에서 모 DNA 가닥을 분리합니다.
 - 복제 분기점을 형성하여 DNA 합성이 진행되도록 합니다.

2) DNA 복구:
    - DNA가 손상되면(방사선, 화학물질 등으로 인해) 헬리카제가 손상된 부위를 풀어줍니다.
    - 수리 효소는 손상을 고칠 수 있습니다.

3) 재조합:
    - 유전자 재조합 과정에서 헬리카제는 DNA 조각을 풀어서 상동 염색체 간의 교환을 가능하게 합니다.

4. 헬리카제 활성을 확인하는 방법 (간략히 살펴 보자)
1). 필요한 재료:
    - DNA 샘플 (예: 면봉을 이용해 볼에서 채취)
    - 헬리카제 분석 키트
    - 미세원심분리기 튜브
    - 피펫
    - 겔 전기영동 장비

2) 절차:
    1. 샘플(예: 자신의 볼 세포)에서 DNA를 추출합니다.
    2. DNA를 헬리카제 분석 시약과 혼합합니다.
    3. 혼합물을 적절한 온도에서 배양합니다.
    4. 겔 전기영동을 사용하여 반응 생성물을 겔에서 실행합니다.
    5. 밴드를 관찰합니다. 풀린 DNA가 많을수록 헬리카제 활성이 더 높다는 것을 나타냅니다.

5. DNA 헬리카제의 예
- 대장균 (E. coli) 헬리카제: Escherichia coli에서 처음 발견되었으며 박테리아 DNA 복제에 중요한 역할을 합니다.
- Human RecQ 헬리카제: 게놈 안정성을 유지하고 암과 같은 질병을 예방하는 데 필수적이라고 합니다.

 

 

관련 논문

 

Neurobiol Dis. 2023 May:180:106092. doi: 10.1016/j.nbd.2023.106092. 

RecQ 기능 장애는 사회적 및 우울한 행동에 기여하고 생쥐의 알돌라제 활성에 영향을 미칩니다

(RecQ dysfunction contributes to social and depressive-like behavior and affects aldolase activity in mice)

 

 

RecQ 헬리카제 계열 단백질은 DNA 복제, 재조합 및 DNA 복구를 포함하여 게놈 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 인간 세포에는 RECQL1, 블룸 증후군(BLM), 베르너 증후군(WRN), RECQL4 및 RECQL5의 5가지 RecQ 헬리카제가 있습니다. RecQ 단백질의 기능 장애 또는 부재는 유전 질환, 종양 발생, 조기 노화 및 신경 퇴행과 관련이 있습니다. 

 

RecQ 헬리카제의 생화학적 및 생물학적 역할은 잘 확립되어 있지만 DNA 손상 노출의 결과를 포함하여 다양한 RecQ 결핍 마우스의 행동 변화를 비교하는 체계적인 연구는 없습니다. 

 

이 연구에서는 세 가지 RecQ 결핍 마우스 모델(RecQ1, WRN 및 RecQ4)에 대한 이온화 방사선 조사(IR)의 효과를 조사했습니다.

 

IR이 없는 RecQ 결핍 마우스에서 비정상적인 인지 행동을 발견하였습니다. 흥미롭게도 RecQ 기능 장애는 IR에 한 번 노출된 후 생쥐에서 사회적 능력을 손상시키고 우울증과 유사한 행동을 유도합니다. 이는 RecQ 단백질이 기분과 인지 행동에 역할을 한다는 것을 시사합니다.

 

또한, 전사체 및 대사체 분석을 통해 특히 IR 노출 후 RecQ 결핍 마우스에서 중요한 변화가 나타났습니다. 특히 RecQ4 및 WRN 마우스에서는 뉴런 및 소교세포 기능, DNA 손상 복구, 세포 주기 및 활성 산소 반응과 관련된 경로가 하향조절되었습니다. 또한 RecQ가 결핍된 마우스에서는 DNA 손상 반응이 증가한 것으로 나타났습니다.

특히, Aldolase Fructose-Bisphosphate B(Aldob)와 NADPH Oxidase 4(Nox4)라는 두 유전자가 RecQ 결핍 마우스에서 차별적으로 발현되었습니다.

 

이번 연구 결과는 RecQ 기능 장애가 생쥐의 사회적, 우울적 행동에 기여하고 알돌라제 활성이 이러한 변화와 연관되어 잠재적인 치료 목표를 나타낼 수 있음을 시사합니다.

 

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36948261/

RecQ dysfunction contributes to social and depressive-like behavior and affects aldolase activity in mice - PubMed

 

 

 

이번 글에서는 유전자 복제에 중요한 효소 헬리카제에 대해 살펴 보았습니다.

 

지금까지 NV2NGN이었습니다.

 

감사합니다.

 

 

관련 시약 링크입니다.

 

 

헬리카제 활성 분석서비스 | Helicase Enzymatic Services | 고마바이오텍

 

 

 

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