포스텍 연구팀, 3세대 방사광가속기 활용해 염색체 응축과정 밝혀…과학계 50년 숙제 해결

포스텍(포항공대·총장 김무환) 물리학과 송창용 교수‧성대호 박사, 전재형 교수‧통합과정임찬 씨, 광주과학기술원(GIST) 노도영 교수 연구팀은 3세대 방사광가속기의 엑스선을 이용해 뭉쳐 있는 상태의 인간 염색체를 나노미터(nm) 수준의 분해능으로 관측한 연구 결과를 미국국립과학원회보(PNAS)에 발표했다.

엉키지 않고 100만 분의 1 크기로 뭉쳐지는 염색체의 응축 과정과 이를 가능케 하는 염색체의 입체 구조는 지난 반세기 넘게

풀리지 않는 숙제로 여겨져 왔다. 염색체가 뭉쳐있는 모습 그대로를 확인하기 어렵다는게 그 이유다. 그간 연구자들은 염색체의 일부 성분만을 검출하거나 길게 풀려있는 상태를 보고 뭉친 상태를 추정하는 정도에 그쳤다.

이처럼 염색체의 응축 확인이 중요한 것은 유전정보의 정확한 전달과 직접적 관련이 있기 때문이다. 길이 2m에 달하는 DNA에 그대로 세포분열이 일어나면 유전정보가 손실되거나 상실될 위험이 있어 염색채 응축은 유전정보 전달에 필수적이다.

연구팀은 우선 염색체를 급속 냉동 후 극저온 상태를 유지하며 방사광가속기에서 발생한 결맞는 엑스선을 활용해 염색체의 3차원 입체 구조를 확인했다. 염색체를 얇게 자르거나 염색하는 기존의 기술적 방법과 달리 원형 상태의 염색체의 구조를 밝혀낸 것이다.

연구팀은 이번 결과물을 통해 염색체가 앞서 알려져 있던 계층적 구조가 아닌 프랙탈 구조(일부의 작은 조각이 전체와 비슷한 모양을 띤 구조)로 형성돼 있다는 사실을 알아내고 염색체 응축과정을 보여주는 물리적 모형을 제시했다.

송창용 교수는 "첨단 방사광가속기의 결맞는 엑스선을 이용해 오래된 난제였던 염색체의 3차원 구조를 나노미터(nm) 수준의 고해상도 이미지로 밝혀냈다"며 "생명체의 중요한 특성인 유전 현상을 이해하는 실마리를 제공함과 동시에 바이러스 입자 등 다양한 물질의입체구조를 밝히는 데 이번 연구가 폭넓게 활용될 것으로 기대된다"고 했다.