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DNA ‘52년 미스터리’ 풀었다

김경규 김양균 교수팀 3차원 구조 규명
미국의 제임스 ?슨 박사와 영국의 프랜시스 크릭 박사가 1953년 DNA의 이중나선 모형을 발견한 이후 52년 동안 풀리지 않았던 DNA의 새로운 3차원 구조를 국내 연구진이 밝혀내 세계적 과학전문지인 네이처(사진)의 표지를 장식했다.

이 연구결과를 활용하면 질병과 관련된 DNA의 형성을 막을 수 있어 암이나 천연두를 근본적으로 치료할 수 있는 가능성을 제시했다는 평가다.

성균관대 의대 김경규(金璟圭·39) 교수와 중앙대 의대 김양균(金洋均·38) 교수 연구팀은 “DNA가 단백질 등을 만들 때 구조가 바뀌는 과정을 세계 최초로 규명하는 데 성공했다”고 19일 밝혔다.

학술진흥재단과 삼성생명과학연구소의 지원을 받은 이번 연구 성과는 자연과학 분야 전문지인 네이처 20일자에 표지논문으로 실렸다.

생체 내에서 DNA는 주로 ‘오른쪽 나선형태(오른손 엄지를 위로 향했을 때 나머지 손가락이 감기는 방향의 나선형태)’의 B형 DNA다.




B형 DNA의 구조는 ?슨 박사와 크릭 박사가 규명해 1953년 네이처에 발표했고, 두 사람은 이 업적으로 1962년 노벨생리의학상을 받았다.

김양균 교수는 “B형 DNA는 단백질을 만들 때 ‘왼쪽 나선형태’인 Z형 DNA로 바뀌는데 이때 나타나는 두 DNA 연결부위의 구조는 그동안 미스터리였다”고 말했다.

연구팀은 포항공대 방사광가속기에서 나오는 X선을 쪼여 B형 DNA가 Z형 DNA로 바뀔 때 연결부위의 구조를 알아내는 데 성공했다.

이번 성과는 생명 현상의 근본 원리를 설명하는 기초과학 분야에서 기념비적 업적이라는 평가를 받고 있다.

김경규 교수는 “질병과 관련된 Z형 DNA의 형성을 막는 신약물질을 개발하면 암이나 천연두 같은 질병을 근원적으로 치료할 수 있다”고 밝혔다.



생물학 교과서 바꿀 ‘DNA구조 완결판’




52년간 베일에 싸여있던 DNA의 새로운 구조를 밝혀낸 한국 과학자들의 쾌거가 세계 생명과학계의 이목을 집중시켰다.

김경규(金璟圭) 교수와 김양균(金洋均) 교수의 공동연구 논문을 게재한 세계적 과학학술지 네이처는 해설기사 성격의 ‘뉴스 앤드 뷰즈(News and Views)’에서 한국 연구진이 그동안 존재가 예측돼 왔지만 구조 파악이 안됐던 DNA의 새로운 구조를 밝혀냈다고 높이 평가했다.

네이처는 별도의 ‘퀀티파이드:사우스 코리아(QUANTIFIED:South Korea)’ 난에 한국 연구자의 성과를 소개하면서 김경규 교수의 인터뷰까지 실었다.

유전정보를 담고 있는 DNA는 생체 내에서 주로 오른쪽 나선형태의 B형으로 존재하지만 특수한 경우에 왼쪽 나선형태의 Z형으로 바뀐다.

1953년 제임스 ?슨 박사와 프랜시스 크릭 박사가 B형 DNA의 구조를 밝혀낸 이래 1970년대 후반까지 DNA 구조 연구에는 별다른 진전이 없었다. 그러다가 Z형 DNA의 구조를 미국 매사추세츠공대(MIT) 알렉산더 리치 교수가 1979년 규명해 네이처에 발표했다.

하지만 B형 DNA가 어떻게 Z형 DNA로 바뀌는지 구체적인 메커니즘은 밝혀지지 않았다. Z형 DNA의 구조가 불안정해 B형 DNA와 Z형 DNA를 동시에 만들기 힘들었기 때문이다.

김양균 교수는 “특별한 단백질을 이용해 안정된 Z형 DNA 결정을 만들었고 B형 DNA가 Z형 DNA로 바뀌는 과정에서 두 DNA의 연결부위를 관찰할 수 있었다”고 말했다.





연구팀은 이렇게 만들어진 결정에 X선을 쪼여 두 DNA의 연결부위가 돌출된 2개의 염기를 갖는다는 구조를 밝혀내는 데 성공했다. 3년간의 연구 끝에 이뤄진 성과였다.

Z형 DNA 구조를 밝혀낸 리치 교수가 공동연구원으로 참여한 것도 큰 힘이 됐다.

서울대 화학부 서세원(徐世源) 교수는 “생물학 교과서를 바꿀 획기적 업적”이라며 “한국 과학자들이 DNA 구조에서 남아있던 큰 숙제를 풀었다”고 평가했다.

이는 이번 성과가 DNA 구조 연구의 완결판이란 의미다.

이번 연구 성과의 응용 가능성은 크게 2가지다. 새로운 DNA 구조를 이용해 신약 또는 미세한 센서를 개발할 수 있다.

Z형 DNA는 암 유발 유전자의 하나인 ‘c-myc’가 작동하는 데 관여할 뿐 아니라 천연두 바이러스의 감염과정에 개입하는 유전자의 기능을 조절하는 것으로 알려져 있다.

한국과학기술원(KAIST) 화학과 최병석(崔炳晳) 교수는 “이번 연구 성과를 활용해 Z형 DNA 형성을 막으면 암과 천연두 치료에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

또 B형과 Z형 DNA의 연결부위는 기존 DNA 구조와 전혀 달라 온도 등에 따라 구조가 변하는 미세한 센서로 이용될 가능성이 크다.



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