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물리학 개념으로 DNA 작동원리 첫 규명

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2018년 08월 20일 16:56 프린트하기

생명체의 유전 정보가 담긴 DNA가 세포핵 속에서 물과 기름처럼 섞이지 않는 구조를 갖는다는 연구 결과가 나왔다. 이런 '상분리' 현상은 유알츠하이머를 일으키는 타우단백질과 신경계질환인 헌팅턴병 등을 유발하는 생체시스템에서 발견되고 있어 이들 질환 치료 연구에 새로운 실마리를 찾았다는 평가가 나온다. 

 

 

김하진 울산과학기술원(UNIST) 생명과학부 교수 연구진은 20일  세포핵 속 DNA도 마치 물과 기름처럼 분리된 구조를 만들 수 있다는 'DNA 상분리' 개념을 새롭게 제시했다고 밝혔다.


DNA는 생명체의 유전정보를 담은 물질이다. 눈에 안 보일 정도로 작은 세포핵에 들어있는 DNA를 늘어놓으면 길이가 2m에 이른다. 세포핵은 DNA 중 생명 활동에 필요한 유전 정보를 활용해 필요한 단백질을 만든다. 복잡하게 얽혀 있는 DNA 중 필요한 부분만 빠르게 열어서 정보를 전달받는다. 

 

김 교수에 따르면 DNA는 무수히 접히고 말려서 세포핵에 들어가 있는데, 그 안에 공간적으로 구분된 영역들이 생긴다. 당장 활용할 DNA 정보들은 열린 구조로 만들어서 쉽게 접근하고, 그렇지 않은 부분은 뭉쳐서 압축파일 형태로 보관하는 식이다.


물리학에서는 이런 현상을 '상분리'라는 개념으로 다루고 있다.  온도나 압력, 구성 분자 등이 달라지면 고체, 액체, 기체뿐 아니라 같은 액체 안에서도 물과 기름처럼 섞이지 않는 상들이 생기는 것이다. 최근까지도 생명체 내에서 상분리 현상이 일어나지 않는 것으로 알려져 있었다. 하지만 최근 들어 타우 단백질들이 상분리 되면서 알츠하이머를 일으킨다거나, RNA가 잘못된 상분리를 일으키면서 헌팅턴 병을 일으킨다는 연구 결과가 속속 보고되고 있다.

 

연구진은 세포핵 속 DNA 역시 상분리 원리로 움직이고 있을 것으로 보고 실험을 진행했다. 상분리 힘이 작용하려면 미세한 정전기가 필요한데, DNA의 구성하는 ‘폴리아민’이나 ‘핵산’ 등의 분자 사이에 정전기가 작용한다는 사실을 실험으로 밝혀냈다. 

 

이번 연구는 물리학의 전유물이라고 여겼던 상분리 현상이 DNA에서도 발생한다는 점을 처음으로 제시했다는 점에서 주목된다.  김 교수는 "DNA 상분리가 유전자 발현과 줄기세포 분화 등 세포 활동을 결정지을 가능성을 분자 수준에서 보였다"며 "세포핵은 복잡성 때문에 미지의 영역이 많으며, 앞으로 분자생물학이나 물리학, 화학적 접근을 통해 중요한 발견이 이뤄질 가능성이 크다"고 말했다. 

 

이번 연구는 영국 옥스퍼드대가 발행하는 학술지인 ‘뉴클레익 에시드 리서치’ 7월 19일자 온라인판에 게재됐다.

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