고려대 홍석철 교수, 미국국립과학원회보(PNAS)에 실려
이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구지원사업과 서울시 산학연 협력사업의 지원을 받았으며, 생물학 분야의 저명 국제 과학저널인 ‘미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS)’ 온라인판 3월 1일자에 게재되었다.
연구를 수행한 고려대 홍석철 교수는 “대부분의 생물학적 연구가 수많은 분자의 평균적인 특성과 반응이 종료된 후의 정적인 특성을 관찰하는데 반해, 개별 DNA분자의 물리적 특성을 직접 제어하며 실시간으로 관찰하여 이전에 알 수 없었던 생명현상 이면의 메커니즘을 구체적으로 밝혀낼 수 있었다”며 연구 의의를 설명하고, “이번 연구는 물리학적 연구가 실제 생물학적 문제를 이해하는 필요한 근본 원리를 제공할 수 있다는 좋은 예”라고 물리적 연구의 중요성과 융합 연구의 필요성을 밝혔다.
Z형 DNA는 일반 B형 DNA와 반대 방향의 나선 구조를 갖는 매우 특이한 DNA구조로 특정 DNA서열과 특수한 화학적, 물리적 조건에서 생성되는 것으로 알려져 있다. DNA의 일반적인 세포 내 초나선도(비틀림 정도)에서도 생성될 수 있음이 알려졌으며 암과 천연두 등의 유전자 발현에 관련되는 것이 밝혀졌다.
Z형 DNA구조가 세포 내에서 존재 가능하여 다양한 생명 현상에 관여하리라는 연구가 발표되었지만 이 구조 형성의 근본 원리(에너지 특성, 열역학적 특성)와 동적 양상(dynamics, kinetics)은 베일에 싸여 있었다.
홍 교수 연구팀은 개별 DNA분자의 특성을 제어하고 관찰할 수 있는, 마그네틱 트위저와 단분자 프렛 기술을 최초로 융합한 기술을 개발하여 DNA에 작용하는 힘과 토크가 제어된 상태에서 Z형 DNA 형성이 가능한 서열을 갖는 DNA의 나노 수준 구조 변화를 관찰했다. 놀랍게도 일반적으로 Z형 DNA 형성에 필요하다고 알려진 초나선도(비틀림 정도) 보다 4~6배나 적은 초나선도가 존재할 때, 어떤 단백질의 도움 없이 생리학적 조건 하에서도, 구조 전이가 발생함을 발견했고 이에 대한 명쾌한 설명을 제공했다. 또한 B형과 Z형의 구조 전이를 실시간으로 관찰함으로써 오랜 기간 밝혀지지 않았던 동력학적 특성을 최초로 규명했다. 이로써 어떻게 Z형 DNA가 형성되는지에 대한 구체적인 메커니즘을 밝히는데 결정적인 정보를 얻을 수 있었다.
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