홍석철 고려대 교수(사진·물리학과) 연구팀이 일반 B형 DNA 구조가 Z형 DNA 구조로 전이하는 과정을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다.

홍 교수팀의 연구 결과는 생물학 분야 국제 과학저널 『미국국립과학원회보(PNAS·Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA)』 온라인판  3월 1일자에 게재됐다.

일반 B형 DNA 구조과 반대 방향의 나선 구조를 갖는 Z형 DNA 구조는 특정 DNA 서열과 특수한 화학적, 물리적 조건에서 만들어진다. 암과 천연두 등 관련 유전자를 제어하는 것으로 알려졌다.

홍 교수팀은 이번 연구에서 단분자 융합기술을 이용, Z형 DNA 구조가 그간 알려진 것보다 세포 내에서 보다 쉽게 생성될 수 있음을 밝혀냈다. Z형 DNA 형성의 구체적 메커니즘에 관한 결정적 정보를 얻어낸 것이다.

그동안 학계에서는 Z형 DNA 구조가 다양한 생명 현상에 관여한다는 수준의 원론적 연구 결과만 발표됐다. DNA 구조 형성에 관련된 에너지 특성, 열역학적 특성 등 근본 원리와 동적 양상(dynamics, kinetics)은 베일에 싸여 있었다. 홍 교수 연구팀은 DNA에 작용하는 힘이 제어된 상태에서 Z형 DNA 형성이 가능한 DNA의 나노 수준 구조 변화를 관찰했다. 그 결과 일반적으로 Z형 DNA 형성에 필요하다고 알려진 초나선도(비틀림 정도)보다 4~6배나 적은 초나선도일 때 구조 전이가 발생함을 발견했다.

홍 교수는 “생물학적 연구는 분자의 평균적 특성과 반응이 종료된 후의 정적 특성을 관찰한다. 반면 이번 연구에서는 개별 DNA 분자의 물리적 특성을 직접 제어, 실시간 관찰해 생명현상 이면의 메커니즘을 구체적으로 밝혀낼 수 있었다”고 설명했다. 그는 “물리학적 연구가 생물학적 문제를 이해하는 데 필요한 근본 원리를 제공한 좋은 예”라며 융합 연구의 필요성을 강조했다.