연세대 공동연구팀이 은나노클러스터(AgNCs)의 훅스틴 삼중 구조(hoogsteen triplex) DNA와 헤어핀 구조(hairpin) DNA를 연결하는 형광 리벳 기능을 최초로 규명한 가운데, 연구에 참여한 저자들. [연세대 제공]

[헤럴드경제=김영철 기자] 연세대에서 은나노클러스터(AgNCs)의 훅스틴 삼중 구조(hoogsteen triplex) DNA와 헤어핀 구조(hairpin) DNA를 연결하는 형광 리벳 기능을 최초로 규명했다.

3일 연세대 공동연구팀인 양성욱 교수와 노영훈 교수는 헤어핀 구조와 이중 구조(duplex) 등 DNA 2차 구조가 여러 색상의 형광 은나노클러스터를 루프(loop) 구조 외부에 형성시키는 것을 입증했다. 이를 바탕으로 pH에 따라 구조가 변경되는 훅스틴 삼중 구조를 활용해 은나노클러스터를 형성하고 형광 특성을 규명했다.

이 연구는 나노 분야 국제 학술 권위지 ‘ACS Nano (IF=18.0)’ 온라인판에 지난달 11일 게재됐다. 이 연구에선 ▷리디 연세대 나그다 박사 ▷박수연 학생 ▷정일래 원자력연구원 박사 ▷남건욱 연세대 박사가 제1저자로 참여했다. 공동저자론 ▷하리 연세대 찬다나 야다발리 학생 ▷김영민 연구원 ▷양경직 연구원 ▷강주연 고려대 박사 ▷조민행 교수 ▷모튼 비어럼 덴마크 코펜하겐대 교수 ▷피터 터스럽 교수가 공동저자로 참여했다. 프라틱샤 덴마크 로스킬데대 교수와 전북대 김태환 교수는 공동 교신저자로 참여했다.

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

연구 결과, 낮은 pH에서 훅스틴 삼중 구조 형성으로 인해 결합된 은나노클러스터의 위치가 가까워져 적색 계열(590nm)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 있음을 확인했다.

나아가 은나노클러스터가 훅스틴 삼중 구조와 헤어핀 구조를 이어주는 ‘리벳’으로 작용해 서로 다른 종류의 구조를 가진 DNA를 매개할 수 있음을 확인했다. 이러한 구조적인 특성에 따라 형광의 발광 파장이 변화함을 확인해 기존에 은나노클러스터 형성 기작으로 알려져 있던 DNA의 왓슨-크릭 상보결합 외 실버 리벳을 이용한 비정형적인 DNA 나노구조체 조립 가능성을 제시했다.

양 교수와 노 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 밝혔다.