| 초록 |
1.분석자 서문 DNA 이중 나선 구조의 역사보다는 조금 짧지만 50년의 역사를 가진 삼중 DNA 나선 구조에 대한 연구는, DNA나노기술의 새로운 지평을 열어가고 있다. 이러한 시도들은 DNA구조 안에 담긴 정보를 1차원, 2차원, 3차원적 구조에서 모두 응용할 수 있음을 보여준다. 삼중 DNA 나선 구조에 대한 연구는 DNA나노기술에서 삼중 DNA나선 구조 기반의 센싱 시스템, 자극 반응 시스템이 가능함을 입증하고 있고, DNA나노기술 미래의 응용 분야의 개척에 선두에 서 있다. 삼중DNA나선 구조는 전기화학 센서 분야의 영역을 확대하고, 새로운 다양한 응용 분야를 만들어내고 있다. 삼중 DNA 나선 구조의 응용 분야로 세포 내 유전자 발현에 영향을 줄 수 있다는 연구들도 등장하고 있어, 위치 특이적 돌연변이에도 응용할 수 있는 가능성도 열어주고 있다. 본 분석에서는, 삼중 DNA나선 구조의 기본 성질에 대해 알아볼 것이다. 그리고 그 응용의 실제적인 예들로서 센서, pH 자극에 의한 반응 시스템을 이용한 스위치, 반응에서의 응용, 촉매로서의 응용, 외부 자극에 반응하는 삼중 DNA나선 구조 시스템으로서 금속-유기 복합체 (MOF), pH 자극에 반응하며 형상 기억 능력을 가지는 하이드로젤 등의 예들을 살펴보면서 미래의 발전 전망에 대해서 알아보고자 한다. 2. 목차 1. 개요 1.1. 삼중 DNA 나선 구조(Triplex DNA)란 2. 삼중 DNA 구조의 응용 2.1. 센서 시스템에서의 응용 2.2. pH에 변화에 따른 삼중 DNA 나선구조: 스위치와 반응에의 응용 2.3. 삼중 DNA 나선으로 핵산의 촉매 활성을 조절하기 2.4. 자극에 반응하는 삼중 DNA 나선구조 시스템 3. 결론과 전망 삼중 DNA 나선구조는 DNA 나노기술의 중요한 부분으로 자리매김을 하고 있다. 지금까지는 학문적 영역에만 머물러 있으나 점점 더 연구자들의 관심을 모으고 응용 범위를 넓혀가면서 실제적인 응용의 날도 멀지 않은 것으로 보인다. 특별히 보조의 단일 사슬(TFO)이나 pH는 새로운 센서 시스템, DNA 기계, 스위치, 나노입자의 응집을 위한 주형 등을 제공하는 중요한 수단이 되고 있다. 직접적인 pH 조절에 의한 삼중 DNA 구조의 스위치나 재배열뿐 아니라, 추가 효소(산이나 염기를 생성할 수 있는)를 통해서 pH를 변화시킬 수도 있다. 즉 삼중 DNA 나선구조가 생물촉매 공정에 의해서 더 막강해질 수 있다. 예를 들어 acetylcholine esterase나 urease는 thioacetylcholine이나 urea가 존재하는 상황에서 산이나 염기성 용액을 형성하기 때문에 직접적인 pH 조절이 아닌 효소반응에 의해 시스템의 pH 조절을 가능하게 하는 방법이다. 삼중 DNA 나선구조는 자극에 반응하는 시스템의 매우 중요한 요소이다. 이러한 구조는 DNA 기반의 마이크로캡슐이나 금속-유기물 복합체(MOF)에서 pH 변화에 의해 내부 물질이 방출되는 시스템을 구축하였다. 또한 삼중 DNA 나선구조와 합성고분자 polyacrylamide와 함께 연결하여 pH 자극에 반응하는 하이드로젤을 형성해 가역적으로 젤과 용액을 전이할 수 있으며 형상기억 능력을 갖게 할 수 있다. 이러한 시스템은 서방향 제약 시스템이나 정보 저장과 가공장치로서 개발될 수 있다. 앞으로 극복해야 할 문제점들로는 삼중 DNA 나선구조의 이차원, 삼차원 나노구조를 통해서 자극반응성, 재배열이 가능한 나노물질로서 독특한 약물전달 체제나 스위치가 가능한 촉매 담지체를 실제로 만들 수 있어야 한다. 또한 삼중 DNA 나선구조를 통해서 세포 내의 기능을 조절할 수 있는 구조로서 입증하는 것 또한 미래에 풀어가야 할 문제이다. 그래서 유전자의 발현을 조절할 수 있다면 삼중 DNA 나선구조는 나노의약으로서 응용도 가능하리라고 본다. References 1. Hu et al. Triplex DNA Nanostructures: From Basic Properties to Applications. Hu et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 2 ndash; 26. 2. Jalili NA et al., Nanoengineered thermoresponsive magnetic hydrogels for biomedical applications, Bioengineering Translational Medicine 2016, 1, 297-305. 3. a) P. B. Dervan, R. M. Doss, M. A. Marques, Curr. Med. Chem. Anti-Cancer Agents 2005, 5, 373 ndash; 387; b) P. W. Hewett, E. L. Daft, C. A. Laughton, S. Ahmad, A. Ahmed, J. C. Murray, Mol. Med. 2006, 12, 8 ndash; 16. 4. a) M. Musso, L. D. Nelson, M. W. Van Dyke, Biochemistry 1998, 37, 3086 ndash; 3095; b) F. Guillonneau, A. L. Guieysse, J. P. Le Caer, J. Rossier, D. Praseuth, Nucleic Acids Res. 2001, 29, 2427 ndash; 2436. 5 a) C.-H. Lu, B. Willner, I. Willner, ACS Nano 2013, 7, 8320 ndash; 8332; b) O. I. Wilner, I. Willner, Chem. Rev. 2012, 112, 2528 ndash; 2556; c) C. Teller, I. Willner, Curr. Opin. Biotechnol. 2010, 21, 376 ndash; 391; d) N. C. Seeman, Nature 2003, 421, 427 ndash; 431; e) D. Y. Zhang, G. Seelig, Nat. Chem. 2011, 3, 103 ndash; 113. 6. T. Torring, N. V. Voigt, J. Nangreave, H. Yan, K. V. Gothelf, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5636 ndash; 5646. 7. Chris Thachuk, Erik Winfree, David Soloveichik. Lecture Notes in Computer Science (LNCS), Volume 9211, July 2015, pp 133-153. 8. L. Qian, E, Winfree, Science 332 (6034) (2011) 1196-1201. ※ 이 자료의 분석은 연변대학교 과학기술학원의 박오진님께서 수고해주셨습니다. |
