고려대학교 생명공학과 정철희 교수
논문제목: Selection of self-priming molecular replicators
저널이름: Nucleic Acids Research
저자: Daechan Park, Andrew D Ellington*, Cheulhee Jung* (공동 교신저자)
생명공학과 정철희 교수가 최근 자가증폭자의 염기서열 의존성에 대한 논문을 ‘Nucleic Acids Research’ 에 발표했다.
본 연구팀은 일전에 스스로 자기 염기 서열을 복제하는 자가증폭자에 관한 연구를 성공적으로 수행한 바 있다. 기존 연구에서는 자가증폭이 실질적으로 가능한지와 그 응용성에 대해서 연구를 했다면, 본 연구에서는 이러한 자가증폭의 효율이 주변 염기서열에 영향을 받는지에 대해서 분석을 하였다.
생명의 기원 및 진화에 있어서 핵산을 기반으로 한 자가증폭자는 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 스스로 자기의 염기서열을 복제함으로써, 특정한 기능 및 활성을 갖게 되면서 진화해왔다는 설이 있다. 따라서, 만약에 자가증폭자가 선호하는 염기서열이 있다면, 그 염기서열을 기반으로 진화가 진행되지 않았을까 가정해 볼 수 있다.
이러한 측면에서, 본 연구팀은 자가증폭자 내에 10 개의 임의의 염기서열을 배치시키고, 한정된 dNTPs 양 내에서 자가증폭 반응을 보냈다. 이 경우, 4^10 개수의 자가증폭자 라이브러리가 만들어지게 되고, 이를 하나의 튜브에서 자가증폭을 보낼 경우, 선호되는 염기서열을 가지고 있는 자가증폭자들만이 경쟁적으로 우세하게 증폭이 될 것으로 예상이 되었다. 수 많은 종류의 자가증폭자 라이브러리를 기반으로 자가증폭된 산물들이 얻어졌고, 이 산물들을 Next Generation Sequencing (NGS) 를 통해서 분석하였다.
그 결과, 놀랍게도 특정 염기설들이 선호되는 경향이 보였다. 특히, A 나 G 로만 되어 있는 자가증폭자 라이브러리들이 높은 순위에서 관찰되었다. 이는, polymerase 가 initiation 될 때, stacking 세기가 강한 purines 들이 pyrimidines (C 나 T) 보다도 더 효율적으로 incorporation 되기 때문이라고 생각되었다. 또한, 가장 선호하는 염기서열을 가지고 있는 자가증폭자와 가장 선호하지 않는 염기서열을 가지고 있는 자가증폭자를 각각 따로 준비해서 자가증폭을 보낸 결과, 전자의 경우에서 자가증폭이 더 빠르게 일어나는 것을 재차 확인하였다.
이를 통해, 생명의 기원과 진화에 있어서 stacking 세기가 강한 purines 들이 한정된 자원내에서 경쟁적으로 먼저 자가증폭이 되었을 것이라고 예측할 수 있다. 또한 본 연구팀이 사용한 자가증폭자는 여러 분야, 특히 NGS 에도 응용이 가능할 것으로 생각된다.