DNA 염기쌍 오류 복구에 관련된 근본적인 질문 중의 하나인 'DNA 효소들이 어떻게 특정 위치를 찾아내고 그 신호를 전달하는지'에 대한 해답이 물리학과 생화학의 융합연구로 밝혀졌다.
포항공과대학교(이하 포스텍) 이종봉 교수, 박사후 연구원 정철현 박사, 박사과정 조원기 씨가 주도하고 포스텍 반창일 교수팀과 미국 오하이오 주립대 리차드 피셸 (Richard Fishel) 교수팀이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원을 받아 수행되었다.
연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지인 ‘네이처’의 자매지 ‘네이처 스트럭처럴 몰레큘러 바이올로지(Nature Structural & Molecular Biology)’ 온라인 속보(1월 30일 미국동부시간)에 게재되었다.
이종봉 교수팀과 반창일 교수팀은 DNA와 DNA 오류 복구에 참여하는 단백질 간의 상호작용과 단백질의 움직임을 물리학적 연구.분석 방법과 생화학적 조작을 통하여 나노미터 수준에서 실시간으로 관측하는데 성공하였다.
DNA를 복제하거나 재조합할 때, DNA에서 염기쌍 오류(mismatch)가 발생할 수 있다. 이러한 오류가 누적되면 돌연변이가 생겨 세포의 기능에 심각한 문제를 일으키고, 심지어 암세포가 발생하기도 한다.
그러나 우리 몸에는 이러한 DNA 오류를 자동적으로 복구하는 시스템이 존재한다. 연구팀은 전반사 형광 현미경을 이용한 단일분자 기술(FRET), 단일입자추적(single-particle tracking) 등의 물리학적 연구.분석 방법과 DNA 및 단백질에 대한 생화학적 조작을 통하여 우리 몸의 DNA 염기쌍 오류 복구 시스템을 단일분자 수준에서 연구할 수 있는 방법을 개발하였다.
이종봉 교수는 “이번 연구는 물리학과 생화학의 융합연구를 토대로 DNA 염기쌍 오류 복구의 시작을 담당하는 MutS 단백질을 실시간으로 관측하여 MutS의 오류 염기쌍 인식과 그 오류 염기쌍의 존재를 알리는 메커니즘을 규명하였다.
이는 그동안 해결하지 못했던 DNA 염기쌍 오류 복구 메커니즘을 단일분자수준에서 밝힐 수 있는 방법을 제시한 것으로 의미가 있다”고 연구의의를 밝혔다.
또한 “생체 내에서 DNA 염기쌍 오류 복구의 실패는 유전성 대장.직장암, 유방.난소 종양 등의 질병을 일으키므로, DNA 오류 복구 메커니즘을 이해하는 것은 해당 질병을 근본적으로 치료하는데 공헌할 것으로 기대한다”고 향후 영향력을 전망하였다.
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