복제, 손상 치유 및 재조합 과정에서 이음새 DNA의 구조와 기능을 알기 위해 원자간력 현미경(AFM, Atomic Force Microscope), 형광공명에너지전달분광학(FRET, Fluorescence Resonance Energy Transfer Spectroscopy) 기법 등이 이용된다.

하지만 시료의 고정이나 화학적 처리과정으로 인체 내 상태에서의 사실적인 구조를 얻는데 한계가 있었다.

연구팀은 X-선 산란을 이용해 인체 내 환경과 같은 용액 상태에서의 이음새 DNA의 3차원 구조를 들여다보는데 성공했다.

상온에서 이중나선형 구조를 가지는 이음새 DNA가 온도가 높아지면서 염기간 수소결합 파괴와 응집현상으로 불규칙 단일가닥으로 풀어지는 등 실시간 변화를 규명하고 이 과정에서 새로운 형태의 DNA 구조가 생체 내에 존재할 수 있음을 밝혀냈다.

실험에는 포항방사광가속기 소각 X-선 산란 빔라인(Small-Angle X-ray Scattering)이 이용됐다.

이번 연구결과는 X-선 산란을 통해 전체적인 DNA의 크기와 모양 정보 뿐 아니라 DNA 나선의 방향이나 접힘 등 내부구조에 대한 정보를 얻을 수 있었기 때문에 가능했다.

X-선 산란을 이용하면 DNA를 결정화하지 않고 생체환경과 최대한 비슷한 상태에서 DNA 외부구조를 볼 수 있는데다 X-선 회절을 이용하여 내부구조도 볼 수 있다.

진경식 박사는 “이번 연구결과가 DNA 치료 뿐만 아니라 DNA 자기조립, 나노공학 분야 분석 및 평가 기술 개발에 실마리를 제공할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 네이처가 발간하는 사이언티픽 리포트지(Scientific Reports) 11월 15일자 온라인판에 게재됐다.( 논문명: Robust Analysis of Synthetic Label-free DNA Junctions in Solution by X-ray Scattering and Molecular Simulation )