■ 이중나선과 다른 4중나선 DNA 구조 첫 발견

■ 이중나선과 다른 4중나선 DNA 구조 첫 발견

 

● 마그네슘 존재 상황에서 두 쌍의 이중나선이 엇갈린 4중나선 구조를 갖는다.

 

국내 연구진이 DNA에는 우리가 흔히 알고 있는 이중나선 구조 이외에 4중나선 구조도 있다는 사실을 밝혀냈다. 성균관대 의대, 한양대 화학과, 광주과학기술원(GIST) 화학과 공동연구팀은 세포 내에 ‘AC-모티프’(AC-motif)라는 새로운 DNA 구조가 존재하며, 이것이 유전자 발현을 조절한다는 사실을 확인했다고 2021년 09월 05일 밝혔다.

 

1953년 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 세포 유전정보를 저장하는 DNA가 이중나선 형태라는 것을 밝혀냈고, 그 공로로 1962년 노벨 생리의학상을 수상했다. 60억개 염기로 된 사람의 유전체를 구성하는 DNA는 환경, 세포 작용, 염기 서열 등에 따라 이중나선 이외에 다양한 구조를 가질 것으로 예측됐지만, 지금까지는 몇 개의 구조만 밝혀졌었고, 기능에 대한 연구도 많지 않았다. 보통 세포 모양, 특징, 기능은 각 세포에서 어떤 유전자가 발현되고 있는가에 따라 결정되는데, 유전자 발현 조절 원리는 아직 완전히 파악되지 못하고 있는 상황이다.

 

● 4중나선구조 DNA, 유전자 발현에 중요한 역할, 암 발현에도 관여

 

연구팀은 아데닌(A)과 사이토신(C)이 반복되는 여러 종류의 올리고뉴클레오타이드를 합성하고, 이들의 3차구조 형성과 금속 이온의 영향을 연구했다. 그 결과, 아데닌(A)과 사이토신(C)이 반복되는 염기 서열은 마그네슘 존재 상황에서 4중나선 구조를 갖는다는 사실을 알아냈고, 이를 ‘AC-모티프’(AC-motif)라고 이름 붙였다.

 

연구팀은 원편광이색 분광분석법, 자기공명분광분석법, 형광분광분석법 같은 실험 기법과 분자동력학 계산법을 이용하여 ‘AC-모티프’(AC-motif)가 두 쌍의 이중나선이 엇갈린 4중나선 구조를 갖는다는 것을 확인했다. 또한, 4중나선 구조가 유전자를 발현시키는데 중요한 역할을 한다는 사실을 규명했다. 세포 실험과 유전체 교정 기술을 이용하여 ‘AC-모티프’(AC-motif)가 ‘CDKL3’라는 발암 유전자 발현을 조절한다는 것도 확인했다.

 

김경규 성균관대 의대 교수는 “세포 내 유전자 발현을 조절하는 새로운 DNA 구조를 다양한 생물물리학적, 계산화학적 방법을 통해 알아냈다는 것이 이번 연구의 가장 큰 의미이다. 유전자 발현에 대한 보다 정밀한 이해를 가능케 함으로써 DNA 관련 질환의 유전자 발현 조절이 가능한 신개념 치료제를 찾는데도 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘핵산 연구’ 2021년 09월 01일자에 실렸다.

 

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