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UNIST 연구진, DNA 손상 복구 방해하는 양자점 원인 규명
[더팩트ㅣ부산=손연우 기자] 국내 연구진이 DNA 손상 복구 과정을 관찰하는 양자점(Quantum Dot)이 단백질과 DNA의 결합을 방해하는 원인을 규명했다. 보다 정확한 DNA 손상 복구 기전 연구에 도움이 될 것으로 기대된다.
9일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 UNIST 생명과학과 이자일 교수와 에너지화학공학과 박종남 교수 공동연구팀은 상용 양자점 표면의 폴리에틸렌글리콜(PEG)이 단백질과 DNA의 결합을 방해한다는 사실을 밝혀냈다.
양자점은 일반 형광 염료보다 밝고 오래 빛을 내는 나노물질로, 단백질에 부착해 움직임을 추적하는 '형광 꼬리표'로 널리 활용된다.
연구팀은 DNA 손상 복구 단백질인 XPA(색소성건피증 A군 단백질)를 관찰하는 과정에서 상용 양자점의 농도가 높아질수록 XPA가 DNA에서 떨어지는 현상을 발견하고 원인 분석에 착수했다.
실험 결과 양자점 표면을 덮는 PEG가 단백질과 DNA의 결합을 약화시키는 것으로 나타났다. 양자점의 종류와 크기, 항체, DNA 구조를 바꿔도 같은 결과가 반복됐으며 분자 크기가 다른 PEG를 사용한 실험에서도 동일한 현상이 나타났다. 반면, 다른 고분자인 덱스트란은 단백질과 DNA의 결합에 영향을 주지 않았다.
또 다른 DNA 손상 인식 단백질인 UV-DDB(자외선 손상 DNA 결합 단백질)에서도 같은 현상이 관찰돼 다양한 단백질-DNA 상호작용 연구에서도 유사한 간섭이 발생할 가능성을 보여줬다.
연구팀은 양자점 표면에서 PEG 계열 성분이 차지하는 비율을 7% 미만으로 유지하면 단백질과 DNA의 결합이 유지된다는 기준도 도출했다. 이 조건에서는 양자점의 밝기와 수용액 내 안정성도 유지돼 단분자 관찰에 활용할 수 있는 것으로 나타났다.
새롭게 설계한 양자점을 이용한 실험에서는 XPA가 DNA 손상 부위를 찾는 과정도 밝혀졌다. XPA는 DNA 가닥을 따라 이동하는 '1차원 확산'과 용액 속에서 손상 부위에 직접 결합하는 '3차원 충돌'을 함께 활용했으며 세포 내처럼 단백질 농도가 높은 환경에서는 3차원 충돌이 주요 탐색 방식인 것으로 분석됐다.
이번 연구에는 UNIST 생명과학과 김영서 연구원과 에너지화학공학과 김혜림 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.
박종남 교수는 "양자점 표면을 덮는 물질의 종류와 비율을 정밀하게 조절해 밝기와 안정성은 유지하면서 생체분자에 미치는 간섭은 줄였다"며 "이번 설계 방식은 양자점뿐 아니라 다양한 나노입자 기반 생물학 연구 도구 개발에도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이자일 교수는 "상용 양자점이 단순한 관찰 도구를 넘어 단백질과 DNA의 결합 자체를 흔들 수 있다는 점을 처음으로 체계적으로 확인했다"며 "새롭게 개발한 양자점은 생체분자의 원래 상호작용을 유지하면서 단분자의 움직임을 더욱 정확하게 관찰하는 데 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단과 기초과학연구원, 산업통상자원부 기술혁신사업의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 국제학술지 '나노 컨버전스(Nano Convergence)'에 지난 6월 3일 온라인 게재됐다.
