2m 길이 DNA가 4㎛ 세포핵에 쏙 들어가는 비밀은
[표지로 읽는 과학_사이언스]
이번 주 ‘사이언스’ 표지엔 복잡한 세포핵 속 DNA의 모습을 담은 일러스트가 등장했다. 도너츠 같은 흰색 구조가 DNA의 모습이다. 익히 알려진 이중 나선 구조가 눈에 띈다.
사람의 유전정보를 담고 있는 DNA 1개의 길이는 2m에 달한다. 인간의 DNA를 모두 연결하면 그 길이가 명왕성에 도달할 정도다. 하지만 이 긴 물질은 크기가 고작 2~4㎛(마이크로미터·1㎛는 100만 분의 1m)인 세포핵 안에 저장된다.
1962년대 영국의 생물학자 프랜시스 크릭, 미국의 유전학자 제임스 왓슨은 DNA의 이중 나선 구조를 밝혀낸 공로를 인정받아 노벨 생리의학상을 수상했다. 하지만 여전히 과학자들은 긴 DNA가 어떻게 자신의 형태를 최대한 압축해 세포핵 안에서 작용하는지 명확히 알지 못하는 상태였다.
클로다흐 오쉬 미국 솔크대 교수팀은 샌디에이고캘리포니아대(UC샌디에이고)와 공동으로 고해상도 현미경을 통해 분열 중인 세포 속 DNA의 모습을 관찰하는 데 성공했다고 학술지 ‘사이언스’ 28일자에 발표했다.
연구진은 DNA의 표면을 금속 입자로 염색하는 ‘ChromEMT’ 기술을 개발하고, 이를 통해 유사분열 중인 세포 속 DNA의 구조를 관찰했다. 유사분열은 유전체 양의 변화가 없는 세포분열로 생식세포를 제외한 나머지 세포의 분열을 의미한다.
146염기쌍의 DNA가 8개의 히스톤 단백질을 두 바퀴 감아 직경 11㎚의 ‘뉴클레오솜’을 형성한다. 그리고 양전하를 띤 아미노산과 음전하를 띤 DNA의 상호작용 끝에 단단하게 결합해 더 응축한다. 대부분의 염색체는 실에 꿴 바늘처럼 긴 사슬 모양의 뉴클레오솜이 결합한 형태로 존재한다.
연구진은 3차원 현미경 구조 분석을 통해 염색질을 조사한 결과, DNA를 응축하는 정도는 DNA를 전사하는 역할의 ‘RNA 역전사효소’의 크기에 따라 달라진다는 점을 확인했다.
오쉬 교수는 “DNA의 고차구조를 이해하는 것은 생물학 분야의 난제 중 하나였다”며 “변형되기도, 중합하기도하는 DNA의 구조는 유전자 기능에 영향을 미치기 때문에 매우 중요한 부분”이라고 설명했다.
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