DNA 활성 가역적으로 조절하는 금속이온 스위치 개발

KAIST 박현규 교수 "생체 내 다양한 효소의 활성 조절 가능"

은(Ag)과 수은(Hg) 이온을 이용한 핵산중합효소 활성 조절 연구가 게재된 영국 왕립학회 학술지 '케미컬 커뮤니케이션' 표지. [KAIST 제공]

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 핵산의 복제를 돕는 핵산중합효소의 활성을 은(Ag)이나 수은(Hg) 이온을 이용해 조절, DNA의 활성을 제어하는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 3일 생명화학공학과 박현규 교수팀이 특정 단백질이나 효소 등에 정확하게 결합하는 작은 단일 가닥 핵산 조각인 압타머를 만들고 수은과 은 등 금속이온을 압타머의 스위치로 작용하게 해 핵산중합효소 활성을 가역적으로 조절하는 데 성공했다고 밝혔다.

핵산과 금속이온의 상호작용을 이용해 효소 활성을 조절하는 연구는 많이 진행되고 있지만 기존 연구들은 금속이온에 의해 반응이 진행되고 나면 반응을 되돌릴 수 없어 가역적 시스템을 구현해야 하는 분자스위치나 논리게이트 등에 사용하기 어려웠다.

핵산중합효소는 핵산의 복제를 도와 DNA 활성을 조절하는 효소로 DNA 압타머와 결합하면 제대로 작동하지 않는다. 따라서 핵산중합효소에 결합한 DNA 압타머를 외부 자극으로 떼어내면 핵산중합효소의 활성을 조절할 수 있다.

연구진은 이 연구에서 핵산중합효소와 상호작용을 하는 DNA 압타머가 수은 이온이나 은 이온과 반응하도록 염기서열을 조작, 핵산중합효소와 DNA 압타머의 결합을 수은 이온과 은 이온으로 조절하는 기술을 개발했다.

연구진은 이 기술을 기반으로 금속이온으로 시스템을 조절할 수 있는 분자 수준의 스위치를 개발했다며 이 스위치는 기존 기술의 한계였던 비가역성 문제를 해결, 핵산중합효소의 활성을 가역적으로 조절할 수 있다고 설명했다.

수은 이온은 핵산중합효소의 활성을 증가시키고 은이온은 활성을 떨어뜨린다. 하지만 여기에 아미노산 시스틴을 넣으면 수은 이온의 활성화 기능과 은이온의 활성억제 기능을 멈추게 할 수 있다.

연구진은 이 연구결과가 앞으로 DNA 기반의 분자회로 및 신호전달체계의 원천기술이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

박 교수는 "이 기술은 핵산중합효소 외에도 다양한 효소의 활성을 가역적으로 조절하는 데 응용할 수 있어 다양한 분자 스위치 개발이 가능할 것으로 기대한다"며 "앞으로 금속이온 대신 단백질을 스위치로 이용하는 연구를 할 계획"이라고 말했다.

미래창조과학부 글로벌프론티어 사업 등의 지원으로 수행된 이 연구결과는 영국왕립화학회 학술지 '케미컬 커뮤니케이션'(Chemical communications, 4월호)에 표지논문으로 게재됐다.

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한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 박현규 교수