과학자들은 DNA 조직의 '골디락스' 영역을 발견하여 약물 개발의 새로운 문을 열었습니다.

세포 탄력성과 적응성을 이해하는 방법을 재정의할 수 있는 발견에서 Scripps Research의 과학자들은 폴리인산염(polyP)으로 알려진 인산염의 원시 무기 중합체와 생명의 두 가지 기본 구성 요소인 DNA와 마그네슘 요소 사이의 비밀 상호 작용을 밝혀냈습니다. . 이러한 구성 요소는 유연하고 적응 가능한 구조를 가진 작은 액체 방울(응축물이라고도 함)의 클러스터를 형성했습니다.

PolyP와 마그네슘은 많은 생물학적 과정에 관여합니다. 따라서 이번 연구 결과는 세포 반응을 조정하는 새로운 방법으로 이어질 수 있으며, 이는 중개 의학에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

다음 연구는 네이처커뮤니케이션즈 2024년 10월 26일에 DNA가 폴리P-마그네슘 이온 응축물을 둘러싸는 섬세한 "골디락스" 구역(특정 마그네슘 농도 범위)이 드러났습니다. 액체 같은 내부를 덮고 있는 얇은 달걀 껍질과 유사하게, 겉보기에 단순해 보이는 이 구조는 세포가 유전 물질을 조직하고 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 연구는 Scripps Research 통합 구조 및 계산 생물학과의 공동 선임 저자 Lisa Racki 박사와 Ashok Deniz 박사 간의 공동 작업으로 시작되었습니다. Racki는 박테리아 세포에서 이러한 구조를 연구해 왔으며 Deniz의 옆 연구실에서는 지난 10년 동안 생체분자 응축물의 물리화학을 연구해 왔습니다. 그들은 협업이야말로 고대의 상호작용을 잠금해제하는 유일한 방법이라는 것을 깨달았습니다.

Racki는 "우리는 DNA가 세포 내 마그네슘이 풍부한 폴리P 응축물과 매우 근접해 있다는 것을 알고 있었지만 현미경 아래에서 빛나는 DNA의 아름다운 구체에 완전히 놀랐습니다"라고 말했습니다.

Deniz는 "분자 탐정으로서 이러한 구조를 보는 것은 DNA 껍질의 물리학 및 수학, 그리고 이것이 폴리P 응축물에 영향을 미치는지에 대한 흥미로운 질문을 제기했습니다"라고 덧붙였습니다.

그들의 현미경 이미지는 DNA가 응축물 주위를 감싸서 얇은 달걀 껍질과 같은 장벽을 생성한다는 것을 보여주었습니다. 이 껍질은 분자 수송에 영향을 미칠 수 있으며 융합 속도도 늦출 수 있습니다. 즉, 두 개의 응축물이 하나로 합쳐지는 과정입니다. DNA 껍질이 없으면 폴리P-마그네슘 이온 응축물은 쉽게 융합됩니다. 마치 샐러드 드레싱 병에서 기름 방울과 식초가 흔들릴 때 융합되는 것과 같습니다.

그러나 면밀한 조사에 따르면 DNA 길이에 따라 융합이 전반적으로 다양한 정도로 느려지는 것으로 나타났습니다. 연구자들은 긴 머리카락이 짧은 머리카락보다 긴 머리카락이 더 많이 엉키는 것과 비슷하게, DNA가 길수록 응축수 표면에 더 큰 얽힘이 발생한다고 의심했습니다.

DNA는 응축물보다 직경이 1,000배 이상 얇기 때문에 분자 세부 사항을 시각화하기가 어렵습니다. 다행스럽게도 Scripps Research의 다른 두 교수진인 Danielle Grotjahn 박사와 Scripps 연구원 박동현 박사가 이러한 이미지를 캡처하기 위한 인프라를 개발했습니다.

연구진은 Grotjahn의 도움을 받아 Park와 팀을 이루어 저온전자단층촬영을 사용하여 응축수 표면을 면밀히 조사했습니다. 빛 대신 전자를 사용하는 이 기술은 구조를 보존하기 위해 급속 냉동된 샘플의 3차원 고해상도 이미지를 캡처합니다. 새로운 이미지는 DNA가 응축수 표면에서 튀어나와 얽힌 머리카락과 유사한 필라멘트를 형성한다는 것을 보여주었습니다.

또 다른 중요한 발견은 DNA 껍질 형성이 특정 마그네슘 농도 범위 내에서만 발생했다는 것입니다. 너무 많거나 적으면 껍질이 형성되지 않습니다. 이 "골디락스" 효과는 단순히 제어 매개변수를 조정하여 세포가 어떻게 응축수의 구조, 크기 및 기능을 조절할 수 있는지를 강조합니다.

"우리는 셀룰러 인터페이스를 경계로 생각하지만 분자가 구성할 수 있는 표면을 제공함으로써 새로운 환경을 조성하기도 합니다"라고 Racki는 말합니다. "DNA는 실제로 표면이 엉켜있는 것이 아니라 이러한 응축물에 의해 조직되어 있을 수 있습니다."

이러한 맥락에서 Deniz와 Racki는 DNA 슈퍼코일링, 즉 DNA가 스프링처럼 비틀어 세포 내부에 들어가는 방식을 이해하는 데 특히 관심이 있습니다.

"세포는 DNA 컬을 관리해야 합니다"라고 Racki는 설명합니다. "흥미롭게도 DNA 슈퍼코일의 수학은 '원거리 작용' 효과를 가져옵니다. 예를 들어 밧줄을 비틀면 밧줄을 잡고 있는 곳에서 멀리 떨어진 곳에 코일이 생성되는 것과 같습니다."

연구자들은 세포 내 폴리P 응축물과 DNA의 상호작용이 DNA 초나선의 국부적인 변화를 장거리에 걸쳐 전파하여 유전자 발현과 세포 기능에 더 넓은 변화를 가져올 수 있다고 의심합니다. 이 효과를 조사하는 것은 팀의 다음 목표 중 하나입니다.

Deniz는 "우리는 이러한 발견을 활용하여 세포 제어를 위한 새로운 도구를 개발할 수 있다는 전망에 매우 기쁘게 생각합니다. 이는 생물의학용 생물물질을 관리하기 위한 잠재적으로 더 간단하고 비용 효율적인 접근 방식입니다."라고 Deniz는 말했습니다.

연구 " 재진입 DNA 쉘이 폴리인산 응축물 크기를 조정한다 "의 저자인 Deniz, Racki, Grotjahn 및 Park 외에 공동 제1저자로 Scripps Research의 Ravi Chawla, Jenna KA Tom, Tumara Boyd, Nicholas H. Tu 및 Tanxi Bai가 있습니다.

본 연구는 미국 국립보건원(NIGMS Grant R35 GM130375, Grant DP2-GM-739-140918 및 S10OD032467), 스크립스 연구 창업 기금, 미국 심장 협회의 박사후 펠로우십(수여 번호 #903967) 및 Pew Scholars Program의 자금 지원을 받았습니다

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241225145522.htm