대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학전공 장윤희 교수와 프랑스 투르대 이브란삭 교수(DGIST 겸직교수) 공동연구팀은 슈퍼컴퓨터를 활용해 단백질에 의해 조절되는 DNA 뭉침-풀림 현상을 분자 수준에서 관찰했다고 31일 밝혔다.
이러한 가상실험은 기존 실험 연구의 대안으로 생체 내 여러 현상을 원천적으로 이해하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
생체 유전 정보를 담고 있는 DNA는 음전하를 띠고 있어 서로 밀어내는 힘이 강함에도 불구하고 강하게 뭉쳐 세포핵 내 작은 공간에 자리한다.
게다가 생식세포 내에서는 프로타민(protamine)이라는 작은 단백질에 의해 더욱 강하게 뭉쳐 유전 정보를 안전하게 보호하고 원활하게 전달한 후 다시 풀어진다.
하지만 생명의 근원에 해당하는 이 신비로운 현상을 실제 실험을 통해 분자 수준에서 관측하기는 어렵다.
이에 공동연구팀은 슈퍼컴퓨터를 활용한 대규모 분자동력학 가상실험을 수행, 프로타민 단백질에 의해 조절되는 DNA 뭉침-풀림 현상을 분자 수준에서 관측했다.
그 결과 양전하를 띠는 염기성 단백질인 프로타민과 음전하를 띠는 DNA 사이의 상대적 농도에 따라 DNA의 뭉침과 풀림이 가역적(可逆的)으로 조절된다는 것을 발견했다.
이는 아무리 복잡한 생명 현상이라도 그 근원에는 정전기적 상호작용이 지배적으로 작용함을 확인한 것이다.
이를 확장해 자기복제, 유전 등의 근원적 생명 현상을 원천적으로 이해하는데 기여할 것으로 기대된다.
장윤희 교수는 "단백질과 DNA/RNA의 응축물 형성이 수많은 생리 기능을 조절한다는 증거가 속속 나오고 있어 향후 관련 연구를 수행하는데 이번 연구의 결과와 방법을 활용될 가능성이 높을 것으로 기대된다"고 말했다.
이어 "프로타민은 DNA 응축 뿐 아니라 RNA 자기조립에서도 가역적 접착제 역할을 하는 분자이므로 이번 연구를 확장해 mRNA 백신 개발 및 생체 모사 에너지 전환 기술 개발에도 기여하고 싶다"고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구자사업의 지원을 통해 수행됐으며 DGIST와 프랑스 투르대학 간에 도입한 국제공동박사학위제의 성과다.
