SINCE1927 미래가치를 창출하는 글로컬 산학일체 혁신대학
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미래가치를 창출하는 글로컬 산학일체 혁신대학
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□ 국립 한밭대학교는 기계공학과 송지환 교수 연구팀과 서울시립대 최인희․박현성 교수 연구팀이 공동 연구로 플라스몬 금속 나노입자의 3차원 배치에 따라 고유의 산란 색 및 산란 파장이 달라지는 광학적 현상을 이용하여 표적하는 히스톤 수식화의 공간적 분포를 분석하는 새로운 방법을 개발했다고 15일 밝혔다.
○ 히스톤은 뉴클레오솜*의 중심 단백질로, DNA 사슬이 감기는 실패 역할을 하여 유전자의 발현 조절에 중요한 역할을 한다.
* 뉴클레오솜: 진핵생물 세포에서 히스톤 중심부를 감고 있는 DNA 사슬로 되어 있는 염색질의 구조 단위
○ 히스톤의 다양한 수식화 조합인 히스톤 코드는 전사, 복구, 복제 등과 같은 염색질의 거의 모든 활동에 관여하는 판독 단백질(reader protein)에 의해 인식되며 염색질의 구조 및 3차원 위치와도 밀접한 관련이 있다.
○ 따라서 히스톤 코드 및 염색질 구조에 일어나는 변화는 암 또는 노화 등 질병 특이적 세포 변화와 긴밀한 관련이 있어 세포 수준에서의 히스톤 수식화의 공간적 분포를 시각화 및 분석하는 기술은 지속적으로 발전시킬 필요가 있다.
□ 한밭대 기계공학과 연구팀(송지환 교수, 김윤 석사과정)은 이번 연구에서 컴퓨터 시뮬레이션에 기반한 이론적인 분석으로 이미징 프로브로 사용된 금속 나노입자의 다양한 3차원적 배열, 거리, 개수에 따른 산란 파장의 변화를 계산했다.
○ 그리고, 실제 세포가 노화 과정에서 보여주는 핵 내의 히스톤 수식화의 위상 변화와 그에 따른 광학특성 변화와 비교를 통해 세포 내 표적 위치 간 거리 및 분포를 예측하였다.
○ 서울시립대 생명과학과 공동연구팀(최인희 교수, 박현성 교수, 안현지 석사, 장수정 박사)은 종양유전자 유발 노화 과정에 의해 급격한 공간적 재배치가 일어나는 히스톤 수식화인 H3K9me3와 H3K27me3를 플라스몬 금속 나노입자로 표적하였을 때, 나노입자 간 거리가 가까울 경우 나타나는 특유의 커플링 현상에 의하여 노화 과정이 진행됨에 따라 산란 색과 산란 파장의 형태가 역동적으로 변화함을 확인하였다.
○ 플라스몬 커플링이란 두 개 이상의 플라스몬 금속 나노입자 사이의 거리가 특정 범위 이하로 가까워졌을 때 각 나노입자들의 공명이 혼성화 되어 광학 신호가 변화하는 현상이다.
○ 이를 이용하면 기존의 세포 이미징에 주로 사용되어 온 유기형광 분자와 비교했을 때보다 더 높은 해상도로 세포 내 표적 위치의 거리 및 공간 분포에 대한 정보를 획득할 수 있게 된다.
○ 연구팀은 상기의 원리를 세포핵 내 히스톤 수식화의 3차원적 분포를 예측하는데 처음으로 적용하였고, 금과 은 나노입자의 조합을 통해 산란 파장 변화를 극대화시켜 히스톤 수식화의 분포를 더 효과적으로 분석할 수 있음을 입증했다.
□ 한편, 이번 연구는 한국연구재단 기초연구실과제, 신진연구과제, 기본연구과제, 중견연구과제와 삼성미래기술육성사업 지원을 받았으며, 세계적인 과학 저널인 ‘Nature Communications’지 온라인 판에 10월 8일자로 게재되었다.
