“관찰 도구가 망친다”…UNIST, DNA 손상 복구 방해하는 양자점 원인 규명

국내 연구진이 DNA 손상 복구 과정을 관찰하는 데 사용되는 양자점(Quantum Dot)이 단백질과 DNA의 결합을 방해하는 원인을 밝혀냈습니다. UNIST 생명과학과 이자일 교수와 에너지화학공학과 박종남 교수 공동연구팀은 상용 양자점 표면의 폴리에틸렌글리콜(PEG)이 이러한 간섭을 일으킨다고 규명했습니다. 연구팀은 DNA 손상 복구 단백질인 XPA를 양자점으로 관찰하는 실험에서 양자점 농도가 높아질수록 XPA가 DNA에서 쉽게 분리되는 현상을 확인했습니다. 원인 분석 결과, 양자점 표면을 덮는 PEG가 단백질과 DNA의 결합력을 약화시키는 것으로 나타났습니다. 반면 덱스트란을 적용한 양자점에서는 간섭 현상이 없었으며, 다른 DNA 손상 인식 단백질인 UV DDB에서도 같은 결과가 관찰되었습니다. 연구팀은 양자점 표면에서 PEG 계열 성분이 차지하는 비율을 7% 미만으로 유지하면 단백질과 DNA의 결합이 유지된다는 설계 기준을 제시했습니다. 이 조건에서도 양자점의 밝기와 수용액 내 안정성은 그대로 확보되어 단분자 관찰에 활용할 수 있습니다. 박종남 교수는 이번 설계 전략이 다양한 나노입자 기반 생명과학 연구 도구 개발에 활용될 것으로 기대한다고 밝혔습니다. 새롭게 설계한 양자점을 이용한 추가 연구에서는 XPA가 DNA 손상 부위를 탐색할 때 DNA 가닥을 따라 이동하는 1차원 확산과 용액 속에서 직접 손상 부위를 찾아가는 3차원 충돌 방식을 함께 활용한다는 사실도 확인되었습니다. 특히 실제 세포 환경처럼 단백질 농도가 높은 조건에서는 3차원 충돌 방식이 더욱 큰 역할을 하는 것으로 분석되었습니다. 이자일 교수는 상용 양자점이 단순한 관찰 도구를 넘어 단백질과 DNA의 결합 자체에 영향을 줄 수 있다는 점을 체계적으로 확인했습니다. 이번 연구는 한국연구재단과 기초과학연구원, 산업통상자원부 기술혁신사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 국제학술지 나노 컨버전스(Nano Convergence)에 지난 6월 3일 온라인 게재되었습니다.