화학공학/고분자공학부 이기라 교수,
단백질 뭉침 현상을 설명할 수 있는 야누스 입자 개발
- DNA가 코팅된 야누스 입자 대량 생산 기술 확보
- 알츠하이머 또는 당뇨병과 관련된 단백질 섬유화 과정을 설명하는 새로운 방법론 제시
- Nature Communications 9월 2일 게재

화학공학/고분자공학부 이기라 교수 연구팀이 DNA가 코팅된 야누스(Janus) 입자의 대량 합성 기술을 확보하고, 이를 통해 알츠하이머 또는 당뇨병과 관련된 단백질 섬유화 과정을 설명하는 새로운 연구결과를 얻었다고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 집단연구지원(선도연구센터, ERC), 나노·소재기술개발사업(도전형연구) 및 미국 에너지성(US Department of Energy)의 지원으로 수행되었다. 뉴욕대학 오준석 박사가 제1저자로 참여하고, 뉴욕 대학 David Pine 교수와 미시건대학 Sharon Glotzer 교수가 공동으로 진행한 이 연구 성과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 에 9월 2일 게재되었다.
   ※ 논문명 : Colloidal fibers and rings by cooperative assembly
   ※ 저자 : 이기라 교수(교신저자, 성균관대), David Pine(공동교신, New York University, 성균관대), Sharon Glotzer(공동교신, University of Michigan), 오준석(제1저자, New York University)

한쪽 면에만 DNA가 코팅된 야누스 나노입자는 특정 부분이 선택적으로 결합하여 일어나는 단백질의 섬유화 과정 및 고차원 단백질 나노구조체 형성 등을 이해하기 위한 핵심 기술로 알려져 왔으나, 최근까지도 대량 합성 기술이 알려진 바 없고 계산을 통한 간접적인 연구결과만 있었다.

 [그림설명] 야누스 입자의 표면에 DNA가 코팅된 면적의 비율(Janus balance)에 따른 섬유, 판상형 구조 형성에 관한 

실험 결과와 계산 결과 (상단 그림) 및 추가적인 인력에 따른 섬유 구조에서 링 구조의 전이과정 및 

새로운 섬유구조 및 판상형 구조체 형성 결과를 보이는 광학현미경 사진 및 계산 결과

연구팀은 야누스 입자를 대량으로 생산할 수 있는 용액공정을 개발하고, DNA를 한쪽 면에만 붙여 한쪽 면만 선택적으로 결합함으로써 DNA가 코팅된 부분의 면적비가 작은 경우에는 클러스터가 만들어지고, 커짐에 따라 섬유형태 및 판상형 구조체 등의 다양한 나노구조체가 만들어 질 수 있음을 확인하였다. 특히 섬유구조체 형성과정의 관찰 및 해석과정을 통해 알츠하이머 또는 당뇨병과 관련되어 많은 주목을 받고 있는 단백질 섬유화 과정을 설명하였다.

뿐만 아니라 추가적인 인력이 있는 경우 링 모양 구조체가 기판위에서 형성되는 것을 발견하여, 단백질의 링 구조체가 어떻게 세포 표면에서 선택적으로 형성되는지 설명하였다. 이러한 링 모양의 단백질 구조가 세포 위에 형성되는 경우 세포 내부로 원하지 않은 이온들이 출입이 가능하기 때문에 세포 독성과 관련하여 최근 매우 많은 관심을 받았다. 

따라서 이번 연구 결과를 바탕으로 야누스 입자를 이용한 단백질 구조체와 질병의 상관관계 연구를 비롯하여 치료제 개발 및 조기 검진 연구가 활발하게 진행될 것으로 보인다. 연구진은 이번 논문에서 발표한 방법을 응용하여 두 개 이상의 서로 다른 표면을 갖는 입자를 제조하고, 각각에 다른 종류의 DNA를 붙이는 연구를 현재 진행하고 있으며, 이를 통해 보다 복잡하고 다양한 단백질 구조체의 형성 과정을 이해하고, 새로운 생체모사 나노구조체를 형성할 수 있을 것으로 기대하고 있다.