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과거 생명체에 대한 통찰력을 제공한 드러난 뼈 핵산(bare-bones nucleic acid) 구조.
핵산을 드러내어 알려진 것 중 가장 간단한 DNA의 원초적 본질이 발표되었다(J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4174).
이와 같은 간단한 핵산 구조는 현재의 보다 복잡한 DNA와 RNA의 선조일지도 모른다고 펜실베니아대학교(University of Pennsylvania) 화학과 조교수인 Eric Meggers는 말한다. 게다가 간단한 핵산 뼈대는 신물질의 구축 블록으로 사용되는 DNA 유사체 합성을 보다 간단하게 만든다.
Meggers, 박사 후 연구원 Lilu Zhang, 그리고 공동연구자 Adam Peritz에 의해 소개된 글리콜 핵산(glycol nucleic acid, GNA)은 뼈대에 다섯 개의 탄소 원자와 네 개의 광학 활성 중심을 갖는 RNA와 달리 세 개의 탄소 원자와 하나의 광학 활성 중심을 갖고 있다. 구조적 정렬을 위해 고리 형태의 당이 핵산 phosphodiester 뼈대에 존재할 것으로 핵산 연구자들은 생각해 왔다. 하지만 GNA는 고리 형태의 당이 없고 여전히 왓슨-크릭 염기 쌍을 나타내기 때문에 이는 사실이 아니라고 Meggers는 말한다.
연구진은 DNA와 RNA에서 현저히 다른 당 유사체에 대한 스크립스 연구소 Albert Eschenmoser의 보고로부터 고리 제거 가능성에 대한 호기심을 갖게 되었다. 이중 TNA라 불린 것은 테트로즈(tetrose) 당을 이용해 DNA에서 보다 하나의 탄소 원자만큼 짧은 연결 사슬을 갖게 된다. 만약 TNA가 작동한다면 phosphodiesters를 연결하는 간단한 글리콜 그룹으로 핵산은 작동하게 될 것이라고 연구진은 생각하고 있다.
동작이 원활하며 놀랍게도 듀플렉스 형태의 DNA 혹은 RNA보다 안정하다. GNA의 듀플렉스 안정도는 왓슨-크릭 쌍의 구조적 사전요소에 대한 일반적 관점에 영향을 미칠 것이다.
구조와 같이 GNA의 합성은 간단하다. Zhang이 개발한 방법은 친핵체에 추가되는 키랄 에폭사이드(chiral epoxide)로 출발한다. 이는 주요 단계인 에폭사이드의 특정한 광학 활성 고리 개방 반응에 박차를 가한다. 초기 박사 후 연구원으로 출발했을 때 두 개의 뉴클레오티드를 만들기 위해 6개월을 소비했다고 Meggers는 말한다. GNA 합성은 오랜 시간이 소요되지 않기 때문에 핵산 연구에 강력한 도구가 될 것임을 연구진은 확신하고 있다.
하지만 GNA의 가장 중요한 점은 미래에서보단 과거 생명에 있다. 이는 트리오즈의 원천적 자손인 글리콜 유도체와 뉴클레오베이스 같은 간단한 출발 물질로 인해 촉망 받는 선구 RNA 후보라고 스위스 베른 대학교(University of Bern, in Switzerland) 핵산 연구자인 Christian J. Leumann은 말한다.
Meggers는 왜 자연은 가장 간단한 방법으로 출발하지 않을까라는 질문을 던졌다.
한국과학기술정보연구원(KISTI)
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