Lesson 17 of 20

손이 둘인 단백질 — 어느 쪽을 묶어야 하나

Chan EM, et al. Nature 568:551-556 (2019) · 헬리케이스-불활성 실험

표에서 WRN 을 찾았습니다. 그런데 '유전자를 껐다' 와 '약으로 막는다' 는 같지 않습니다.

CRISPR 로 끄기

단백질이 통째로 사라집니다
모든 기능이 한꺼번에 없어집니다

약으로 막기

단백질은 그대로 있고
기능 하나만 멈춥니다

WRN 에는 기능이 둘 있습니다(16강). 두 가닥을 푸는 헬리케이스, 그리고 DNA 끝을 갉는 엑소뉴클레아제. 약은 대개 둘 중 하나만 막습니다.

그러면 물음이 생깁니다. 어느 쪽을 막아야 MSI 세포가 죽는가.

High school손이 둘인 단백질

WRN 단백질에는 서로 다른 기능을 하는 두 부분이 있습니다.

도메인	하는 일	비유
헬리케이스	DNA 두 가닥을 풀어냄	지퍼를 여는 손
엑소뉴클레아제	DNA 끝을 잘라 냄	가위를 든 손

약은 대개 한 부분만 막습니다 — 어느 쪽을 막아야 할까요?

이 실험 설계에는 이름이 있습니다. 구제 실험(rescue experiment) 입니다. 껐다가 다시 넣어서 되살아나는지 보는 것이죠.

구제 실험은 두 가지를 한꺼번에 증명합니다.

🎯

엉뚱한 곳을 자른 게 아니다

넣어 줬더니 살아났다면, 죽은 이유가 그 유전자가 맞습니다

🔧

어느 기능이 필요한지도 안다

한 손씩 망가뜨린 것을 넣어 보면 갈립니다

여기서 자연스러운 물음이 하나 나옵니다. 사람에게는 이런 RecQ 헬리케이스가 다섯 개 있습니다. 두 가닥을 푸는 일을 하는 사촌들이죠. 다른 것이 대신 해 주면 안 되나요?

표에 물어보면 됩니다.

High school실험으로 답하기

Chan 등(2019)이 한 실험입니다. 각 도메인을 기능만 없앤 변이체를 만들어 넣어 봤어요.

넣은 것	MSI 세포가 살아나나	결론
정상 WRN	살아남	대조군
헬리케이스 불활성 WRN	못 살림	헬리케이스가 필요
엑소뉴클레아제 불활성 WRN	살아남	이쪽은 없어도 됨

이 실험이 약 설계의 방향을 정했습니다 — 헬리케이스를 막아야 합니다.

WRN 만 −0.84 입니다. 사촌들은 −0.04, −0.03, +0.03 — 사실상 0 입니다.

Python Runs in your browser

# RecQ 사촌들도 MSI 에서 필요한가.
import wrn

g = wrn.genes()
fam = ["WRN", "BLM", "RECQL", "RECQL5"]
d = g[g["gene"].isin(fam)][["gene", "msi_mean", "mss_mean", "diff", "t"]]
print(d.round(3).to_string(index=False))

High school이 실험 설계의 아름다움

왜 이 실험이 결정적일까요? 구조 기여와 기능 기여를 분리했기 때문입니다.

가능성	이 실험으로 배제되나
WRN 단백질이 그냥 있기만 하면 되나	배제 — 헬리케이스 불활성이면 못 살림
어느 도메인이든 하나만 되면 되나	배제 — 헬리케이스가 특정됨
전체가 다 필요한가	배제 — 엑소뉴클레아제는 없어도 됨

유전자를 완전히 없애는 실험으로는 이 구분을 못 합니다 — 도메인별 변이체가 필요합니다.

그리고 여기서 이 강의가 다루는 표의 한계가 분명해집니다.

표가 답할 수 있는 것

어느 유전자인가
누구에게서 그런가
얼마나 강한가

표가 답할 수 없는 것

왜 그런가
단백질의 어느 부분인가
약으로 막을 수 있는 모양인가
사람에게도 그런가

오른쪽 칸은 전부 다른 실험으로 답해야 합니다. 표는 시작점이지 결론이 아닙니다.

선택성이 떨어지면 암에 주는 효과는 그대로인데 정상 세포 쪽 부담만 커집니다. 부작용은 대개 여기서 나옵니다.

Python Runs in your browser

# 약이 옆 단백질까지 막으면 무슨 일이 나나 — 대가를 미리 셈해 봅니다.
import wrn

c = wrn.cells()
msi = c["msi"] == "MSI"

print("약이 WRN 만 막을 때 vs 옆 계열까지 함께 막을 때")
print()
only = c.loc[~msi, "WRN"].mean()
both = c.loc[~msi, ["WRN", "BLM", "RECQL5"]].sum(axis=1).mean()
print("MSS 세포에 주는 피해 (WRN 만)      ", round(only, 3))
print("MSS 세포에 주는 피해 (셋 다 막으면)", round(both, 3))
print()
print("정상 세포 쪽 부담이", round(both / only, 1), "배로 늘어납니다")

High school약으로 만드는 것과의 연결

알게 된 것	약 개발에서의 뜻
헬리케이스 활성이 필요	그 부위를 겨냥
ATP를 쓰는 효소	ATP 자리에 붙는 약 가능
알로스테릭 자리도 가능	선택성 확보에 유리
다른 RecQ 헬리케이스와 닮음	선택성이 숙제 — BLM·RECQL 등

마지막 줄이 이 표적의 실무적 어려움입니다 — 형제 헬리케이스를 피해야 합니다.

이 강의는 자료 분석까지만 다룹니다. 그 뒤의 화합물 개발은 /insilico와 /tgt에 있어요.

🤔 Check yourself

헬리케이스만 망가진 WRN 을 넣었을 때 세포가 여전히 죽었습니다. 이것이 뜻하는 것은?

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구제 실험(rescue experiment)이 증명해 주는 것 가운데 하나는?