양성욱·노영훈 교수팀, 새로운 DNA 나노구조체 조립법 개발 및 형광 리벳 기능 최초 규명

은 나노입자와 감응성 구조 형성이 가능한 기능성 염기서열을 통해 pH 감응성 DNA-은나노클러스터 복합체 개발

나노 분야 국제 학술 권위지 ‘ACS Nano’ 게재

생명시스템대학 양성욱 교수, 노영훈 교수 연구팀은 공동 연구를 통해 은나노클러스터(AgNCs)의 훅스틴 삼중 구조(hoogsteen triplex) DNA 및 헤어핀 구조(hairpin) DNA를 연결하는 형광 리벳 기능을 규명했다. 

양성욱 교수와 노영훈 교수는 앞선 공동 연구에서 헤어핀 구조와 이중 구조(duplex) 등 DNA 2차 구조가 여러 색상의 형광 은나노클러스터를 루프(loop) 구조 외부에 형성시키는 것을 입증했다. 본 연구는 이를 바탕으로 pH에 따라 구조가 변경되는 훅스틴 삼중 구조를 활용해 은나노클러스터를 형성하고 형광 특성을 규명했다. 

그 결과, 낮은 pH에서 훅스틴 삼중 구조 형성으로 인해 결합된 은나노클러스터의 위치가 가까워져 적색 계열(590 nm)의 형광을 나타냈다. 높은 pH에서는 훅스틴 삼중 구조가 다시 풀리게 돼 클러스터가 떨어지게 되며 그에 따라 형광이 꺼지는 것을 확인해 적색 형광 발현이 켜고 꺼질 수 있음(on/off switchable)을 확인했다. 

추가적으로, 은나노클러스터가 훅스틴 삼중 구조와 헤어핀 구조를 이어주는 ‘리벳’으로 작용, 서로 다른(heterogeneous) 종류의 구조를 가진 DNA를 매개할 수 있음을 확인했고, 이러한 구조적인 특성에 따라 형광의 발광 파장이 변화함을 확인했다. 이 결과를 바탕으로 기존에 은나노클러스터 형성 기작으로 알려져 있던 DNA의 왓슨-크릭 상보결합 외의 실버 리벳을 이용한 비정형적인 DNA 나노구조체 조립 가능성을 제시했다. 

[그림. 조립식 DNA-나노입자 공구함(toolbox)을 활용해 온-오프 전환이 가능한 pH 감응성 DNA-은나노클러스터 복합체 및 형광 리벳 기능을 지닌 DNA 나노구조체 형성 모식도]

양성욱 교수와 노영훈 교수는 “비정형적인 상호작용은 복잡한 DNA 오리가미 구조체(DNA origami)에 다른 나노 화학 물질의 추가적인 결합 가능성을 제시할 수 있으며, 이를 바탕으로 다양하고 새로운 3차원 나노 소재 생성에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.”고 연구의 의의를 밝혔다.

본 연구는 그 우수성과 독창성을 인정받아 나노 분야 국제 학술 권위지 ‘ACS Nano (IF=18.0)’ 온라인판에 8월 11일 게재됐다. 우리 대학교 리디 나그다 박사, 박수연 학생, 원자력연구원 정일래 박사, 우리 대학교 남건욱 박사가 제1저자로, 우리 대학교 하리 찬다나 야다발리 학생, 김영민 연구원, 양경직 연구원, 고려대 강주연 박사, 조민행 교수, 덴마크 코펜하겐대 모튼 비어럼 교수, 피터 터스럽 교수가 공동저자로, 덴마크 로스킬데대 프라틱샤 교수, 전북대 김태환 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 

논문정보

● 논문제목: Silver Nanoclusters Serve as Fluorescent Rivets Linking Hoogsteen Triplex DNA and Hairpin-Loop DNA Structures 

● 논문주소: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c06631

*출처: 연세소식(2022.08.31.)