양성욱 교수 연구팀, Hoogsten DNA-은나노 클러스터 센서가 표적 miRNA와 결합 시 적색 형광을 방출함을 규명

시스템생물학과 양성욱 교수 연구팀은 덴마크 Roskilde University Pratik Shah 교수 연구팀, 본교 양원호 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 Tailed-Hoogsteen 삼중 DNA 기반 은나노클러스터가 표적 miRNA 탐지와 결합, 빨간색 형광을 방출함을 규명하였다. 은나노클러스터(AgNCs)의 Hoogsteen 삼중 DNA 구조를 사용하여 타겟 miRNA를 세포 외 탐지하거나, 세포내 이미징이 동시에 가능한 기술이다. 본 연구는 그 우수성을 인정받아 Small 지에 2023년 11월 온라인 게재되었다. 

(Tailed-Hoogsteen Triplex DNA Silver Nanoclusters Emit Red Fluorescence upon Target miRNA Sensing. Small (IF: 13.3). 15th Nov 2023. Online ahead of print. https://doi.org/10.1002/smll.202306793).

본 연구에서 저자들은 Tailed-Hoogsteen 삼중 DNA에 싸인 은나노클러스터(DNA/AgNC)를 사용하여 표적 miRNA를 감지하는 새로운 방법을 제시하였다. 센서 끝에 달려 있는 tail 염기서열은 miRNA와 상보적이며, 이 tail과 miRNA가 결합할 시 Tailed-Hoogsteen 삼중 DNA/AgNC는 뚜렷한 빨간색 형광을 방출함을 확인하였다. 다음으로 이 miRNA 센서가 세포에서 추출한 전체 RNA 속에서도 표적 miRNA를 효과적으로 탐지함을 확인하였다. 이어서 양원호 교수 연구팀의 도움으로 대장암 세포주 내에 miR-21을 탐지할 수 있는 센서를 도입하였고, 그 결과 DNA/AgNC 기반 센서를 이용한 이미징을 최초로 성공하였다. 이는 기존의 DNA/AgNC 기반 miRNA 센서들이 주로 turn-off mechanism을 가지고 있어 세포 이미징에 적용하기 어려웠다는 점과 비교했을 때 본 연구팀이 개발한 센서가 갖는 큰 장점이라고 할 수 있다.

또한 본 연구팀은 젤 전기영동 기반 형광 분석 및 SAXS(소각 X선 산란) 분석을 통해 Tailed-Hoogsteen 삼중 DNA/AgNC가 표적 miRNA 탐지, 결합 시 단량체에서 이량체로 변함을 확인, turn-on 센서의 형광 방출 메커니즘을 규명하였다. 종합적으로, 본 연구 결과는 Tailed-Hoogsteen 삼중 DNA/AgNC가 in vitro 이미징 및 세포 내 이미징 모두에서 miRNA 탐지를 위한 효율적인 센서로서 이용될 수 있음을 시사한다.

공동 제1저자 Hari Chandana Yadavalli 학생, 박수연 학생

Small논문 모식도

참여 저자: Hari Chandana Yadavalli^†, Sooyeon Park^†, Yeolhoe Kim, Tae-Hwan Kim, Min Kyun Han, Il Lae Jung, Yong Joo Bhang, Won Ho Yang, Louise Torp Dalgaard, Seong Wook Yang^*, Pratik Shah^* (^†: 공동 제1저자, ^*: 교신저자)