이중나선과 다른 새로운 DNA 구조 발견
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이중나선과 다른 새로운 DNA 구조 발견
  • 이명아 기자
  • 승인 2021.09.06 05:23
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- 두 쌍의 이중나선이 엇갈린 4중 나선 구조, 유전자 발현 조절 기능 규명

 

(좌로부터) 김경규 교수(성균관대 의학과), 박진주 교수(GIST 화학과), 배상수 교수(한양대 화학과), 허정환 박사(성균관대 의학과)

이중나선 구조의 DNA와 다른 새로운 DNA구조를 발견하였다. 

한국연구재단은 김경규 교수(성균관대 의학과) 연구팀(허정환 박사)이 배상수 교수(한양대 화학과), 박진주 교수(GIST 화학과) 연구팀과 함께  세포 내 AC-motif라는 새로운 DNA 구조가 존재하며 이 구조가 유전자 발현을 조절한다는 사실을 규명했다고 밝혔다.

제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 1953년 세포의 유전정보를 저장하는 DNA가 이중나선 형태의 B형 DNA라는 것을 밝힌 공로로 1962년 노벨 생리의학상을 수상하였다.

60억 염기로 된 사람 유전체를 구성하는 DNA는 주변 환경, 세포 작용 및 염기서열 등에 따라 이중나선 외 다양한 구조를 가질 것으로 예측되고 있다. 하지만 단지 몇 개의 구조만 알려져 있고, 또 그 기능에 대해서도 많이 연구되지 않았다. 

연구팀은 아데닌과 사이토신이 반복되는 염기서열이 마그네슘 존재 하에 4중 나선구조를 갖는다는 것을 발견하였고, 이를 AC-motif라 명명하였다. 

연구팀은 아데닌과 사이토신이 반복되는 여러 종류의 올리고뉴클레오타이드를 합성하고 이들의 삼차구조 형성 및 금속이온의 영향을 연구하였다.

연구팀은 원편광이색 분광분석법(CD spectroscopy), 자기공명분광분석법(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy), 형광분광분석법(Fluorescence spectroscopy) 및 분자동력학 계산법을 이용해 AC-motif가 두 쌍의 이중나선이 엇갈린 4중 나선구조를 갖는다는 것을 확인하였다. 

나아가 이 4중 나선구조에 의해 유전자 발현이 조절될 수 있음을 규명하였다.

AC-motif가 CDKL3라는 발암유전자의 발현을 조절할 수 있음을 세포실험과 유전체 교정기술을 이용해 알아냈다. 

세포의 모양, 특징 및 기능은 각 세포에서 어떤 유전자들이 발현되고 있냐에 따라 결정된다. 따라서 유전자 발현은 세포내 외 신호 및 다양한 인자에 의해 정밀하게 조절되고 있다. 

하지만 아직 유전자 발현이 조절되는 원리가 완전히 알려져 있지 않고, 특히 핵산의 구조 및 염기 서열이 유전자 발현에 미치는 영향은 베일에 싸여 있다. 

AC-motif 같은 DNA 구조가 유전자 발현을 조절함을 규명, 유전자발현조절의 새로운 원리를 제시한 데 더해 질환 관련 유전자 발현을 제어하는 신약발굴 연구의 실마리가 될 것으로 기대된다.  

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업과 삼성미래기술육성재단 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 핵산분야 국제학술지 뉴클릭 액시드 리서치 (Nucleic Acids Research)에 9월 1월(온라인) 게재되었다.

* 논문명: AC-motif: A DNA motif containing adenine and cytosine repeat plays a role in gene regulation 
* 저널명: Nucleic Acids Research
* 키워드: AC-motif, I-motif, Non-canonical DNA structure (이형핵산구조), Transcriptional regulation (전사조절)
* 저자: 김경규 교수(교신저자/성균관대학교), 배상수 교수 (교신저자/한양대학교), 박진주 교수 (교신저자/광주과학기술원), 허정환 박사(제 1저자/성균관대학교)

 

 


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