KR20120037681A - 핵산 구조물의 각도 조절 방법 - Google Patents

핵산 구조물의 각도 조절 방법 Download PDF

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Abstract

핵산 구조물의 각도를 조절하는 방법이 개시된다. 뉴클레오티드의 수를 조절하여 핵산 구조물의 연결 각도를 조절함으로써, 다양한 차원의 핵산 구조물을 효율적으로 제조할 수 있다.

Description

핵산 구조물의 각도 조절 방법{Method for controlling angle of nucleic acid structures}
핵산을 이용한 핵산 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
나노기술의 도래는 다양한 기술 분야에서 활용되어 진보적 성장을 야기하고 있다. 나노기술은 예를 들어, 작은 분자 1개의 대략적 크기에 해당하는 나노미터 단위의 물질을 이용하여 원하는 구조물을 제조하고, 이를 다양한 분야에 응용하는 기술을 말한다.
나노기술의 본질은 나노미터 스케일(scale)에서 정의된 구조물을 높은 정확도로 정밀하게 생산하고 제어하는 것이라 할 것이다. 종래 광식각 방법(photolithographic method)과 같은 "하향식(top-down)" 제조 기술은 물리적 제한요소 등의 문제점으로 인해 결과적인 구조물의 스케일을 낮추는 것이 그리 쉽지 않았다. 따라서, 그 동안 많은 연구자들은 나노미터 스케일에서 원하는 구조물을 제조하고자 노력해 왔다. 그런데, 최근에 생체 내에서 특별한 생물 분자를 이용하여 높은 정확도를 갖는 구조물이 제조되고 있는 사실이 인지되고, 이를 응용한 소위 "상향식(bottom-up)" 제조 기술이 제안되었다. 이와 같은 기술은 예를 들어, DNA와 같은 생물 분자를 활용하면 나노미터 스케일에서도 인공적인 구조물을 정밀하게 제조할 수 있다는 것이다.
이러한 이론을 기초로, 천연적인 또는 인공적인 생물 분자를 이용하여 나노 구조물 및 나노 장치를 제조하는 기술이 도래하게 되었고, 그러한 나노구조물(nanostructures)은 나노 스케일의 미세 단위에서 정밀하게 제어 및 구현될 수 있기 때문에 의료 및 생화학 분야뿐만 아니라 나노센서, 나노와이어, 반도체 및 컴퓨터 소자 분야 등에서도 그 활용도가 매우 높은 것으로 알려져 있다. 따라서 현재 이와 같은 핵산 구조물을 정확하고 효율적으로 제조하는 방법에 관한 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
다양한 차원의 핵산 구조물을 제조시 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 효율적으로 조절하기 위한 방법을 제공하고자 한다.
일 구체예는 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 적어도 하나 이상의 뉴클레오티드를 통해 연결하는 단계; 및 상기 뉴클레오티드의 수를 조절하여 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계를 포함하는 핵산 구조물의 각도 조절 방법을 제공한다.
일 구체예에 따르면, 상기 뉴클레오티드의 수를 조절하는 단계는 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에 하나 이상의 뉴클레오티드를 삽입(insertion) 또는 제거(deletion)하는 단계일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계는 상기 뉴클레오티드 1개당 약 34.3도의 배수로 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 것일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계는 상기 뉴클레오티드의 수가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 및 21개인 경우 각각 약 34.3도, 약 68.6도, 약 102.9도, 약 137.2도, 약 171.5도, 약 205.8도, 약 240.1도, 약 274.4도, 약 308.7도, 약 343.3도, 약 17.3도, 약 51.6도, 약 85.9도, 약 120.2도, 약 154.5도, 약 188.8도, 약 223.1도, 약 257.4도, 약 291.7도, 약 326도, 약 360.3도로 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 것일 수 있다.
일 구체예에 따르면, 상기 선형 핵산 구조물은 DNA(deoxyribonucleic acid), RNA(Ribonucleic acid), PNA(peptide nucleic acid), LNA(locked nucleic acid) 및 그의 유사체(analogs)를 구성하는 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있다.
다른 일 구체예는 상기 각도 조절 방법에 의해 제조된 핵산 구조물을 제공한다.
뉴클레오티드의 수를 이용하는 핵산 구조물의 각도 조절 방법을 제공함으로써, 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 효율적으로 조절하여 다양한 차원의 핵산 구조물을 제조할 수 있다.
도 1a는 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 그대로 연결한 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 1b는 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 하나의 뉴클레오티드를 통해 연결한 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 1c는 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결한 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 2a는 하나의 뉴클레오티드를 통해 연결된 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물을 포함하는 연속적인 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 2b는 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결된 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물을 포함하는 연속적인 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 2c는 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결된 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물을 포함하는 연속적인 핵산 구조물의 다른 실시예를 도시한다.
도 2d는 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결된 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물을 포함하는 연속적인 핵산 구조물의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 3은 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단이 연결된 핵산 구조물의 뉴클레오티드의 수에 따른 연결 각도를 도시한다.
도 4a는 뉴클레오티드의 수를 이용하여 핵산 구조물의 각도(a)를 조절하여 제조된 핵산 구조물의 일 실시예를 나타낸다.
도 4b는 뉴클레오티드의 수를 이용하여 핵산 구조물의 각도(b)를 조절하여 제조된 핵산 구조물의 다른 실시예를 나타낸다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단이 연결된 핵산 구조물, 및 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 하나 이상의 뉴클레오티드를 통해 연결하여 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 방법을 도시한다.
도 1a는 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 그대로 연결한 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
상기 핵산은 뉴클레오티드로 정의되는 단위체로 이루어진 사슬을 말한다. 상기 뉴클레오티드는 중앙에 배치된 당 분자(sugar molecule), 및 상기 당 분자에 결합된 인산기(phosphate) 및 염기(base)로 구성된다. 핵산의 골격은 하나의 뉴클레오티드의 당과 다른 뉴클레오티드의 인산기가 결합하여 형성되며, 염기는 그 골격에서 돌출된다. 일반적으로, 핵산은 당으로서 디옥시리보오스를 갖는 DNA(deoxyribonucleic acid) 및 당으로서 리보오스를 갖는 RNA(Ribonucleic acid)로 분류되며, 이와 관련하여 상업적으로 이용가능한 PNA(peptide nucleic acid) 또는 LNA(locked nucleic acid)를 포함하며, 상기 DNA, RNA, PNA 및 LNA의 유사체(analogs)를 포함하는 것으로 정의된다. 상기 DNA, RNA, PNA, LNA 및 그의 유사체의 구조는 당업계에 널리 알려져 있고, 비록 구조 면에서 각각 차이가 있지만, 핵산 구조물을 제조하는데 모두 적용이 가능하다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 상기 선형 핵산 구조물은 DNA(deoxyribonucleic acid), RNA(Ribonucleic acid), PNA(peptide nucleic acid), LNA(locked nucleic acid) 및 그의 유사체(analogs)를 구성하는 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있다. 핵산의 대표적인 유형인 DNA와 관하여 좀 더 상세하게 설명하면, DNA는 생명체의 주요 단위체로서, 유전 정보가 화학적 언어(염기 서열)로 인코딩되어 있고, 이는 생물의 모든 세포에서 발현되어 생명 활동의 공급원으로 작용한다. DNA는 뉴클레오티드 간에 이중 또는 삼중 결합에 의해 이중 가닥 및 사슬 구조로 형성되어 연속된 구조를 갖고, 하나의 염기 쌍은 약 2 나노미터의 지름 및 약 0.34 나노미터의 길이를 갖는다. 상기 DNA의 가닥은 교차하는 당 및 인산기의 골격에 대해 4개의 염기(아데닌, 시토신, 구아닌 및 티민)의 선형 사슬을 구성한다. 상기 아데닌과 티민, 상기 시토신과 구아닌 간의 수소 결합에 의한 특이적 결합은 두 개의 상보적인 단일 가닥 DNA의 조합을 야기하여 이중 가닥의 사슬 구조를 갖는 DNA를 형성하게 된다. 이 경우 아데닌과 티민 간에는 두 개의 수소 결합이 형성되고, 구아닌과 시토신 간에는 세 개의 수소 결합이 형성된다. 상기 수소 결합에 의해 두 개의 상보적인 단일 가닥 DNA들이 특이적으로 이중 가닥 DNA를 형성하는 것을 혼성화(hybridization)라고 정의된다. 만약 이중 가닥 DNA가 특정 온도 이상으로 가열되며, 상기 두 개의 가닥은 분리되어(dehybridization) 각각 개별적인 단일 가닥을 재형성한다. 이러한 전이 과정에 있어서 상기 특정 온도를 융해 온도(melting temperature)라고 하고, 이는 환경적인 조건에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 융해 온도가 낮추어 지면 상기 두 개의 단일 가닥은 다시 혼성화되어 이중 가닥의 구조를 형성하게 된다. 이러한 관점에서, DNA는 오로지 4개의 염기, 즉 아데닌, 시토신, 구아닌 및 티민으로 구별되는 화학적 단위체인 뉴클레오티드로 구현될 수 있다는 점, 특정 염기들 간의 결합에 의해 특이적인 자가 조립(self-assembly)의 구현이 가능하여 다른 유기 또는 무기 물질들과 비교했을 때 예측가능성이 매우 높다는 점, 널리 알려진 자동화된 화학적 합성 방법을 통해 쉽고 저렴하게 생산 및 이용할 수 있다는 점, 및 기타 중합효소 연쇄 반응(PCR)과 같은 증폭 기술에 의해 선택적인 DNA 증폭 및 합성이 용이하다는 점으로 인해 나노 스케일의 구조물 및 장치를 제조함에 있어서 유용하게 사용될 수 있다. 따라서, 상기 핵산 구조물은 상기 정의된 핵산에 의해 구현된 구조물을 모두 포함한다.
상기 핵산 구조물은 하나 이상의 뉴클레오티드를 포함할 수 있고, 핵산이 아닌 다른 유기 또는 무기 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 선형 핵산 구조물은 상기 핵산에 의해 구현된 구조물이 선형(linear)을 띠고 있는 모두 구조물을 포함한다. 또한, 상기 선형 핵산 구조물은 단일 가닥 핵산 또는 이중 가닥 핵산으로 구현될 수 있고, 다른 유기 또는 무기 물질과 결합하여 구현될 수도 있다. 또한, 상기 선형 핵산 구조물은 다른 핵산 구조물과 연결되거나 그에 포함되어 다양한 차원의 핵산 구조물로 구현될 수 있다.
도 1a의 좌측 그림은 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물이 접착성 말단(sticky end)에 의해 통상적으로 연결되어 있는 핵산 구조물을 도시하고, 도 1a의 우측 그림은 그에 따른 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 도시한다. 도 1a의 좌측 그림에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 상기 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단이 상보적인 염기 서열을 갖기 때문에 접착성 말단을 형성하여 완전하게 혼성화된다. 따라서, 도 1a의 우측 그림에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선행 핵산 구조물은 상호 간의 연결 각도가 약 0도를 유지하고, 연속적인 선형 핵산 구조물을 형성한다. 이 경우 상기 접착성 말단은 완전하게 상보적인 염기 서열로 구성되어 있기 때문에, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 상기 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에는 단일 분자 또는 단일 가닥의 뉴클레오티드가 존재하지 않고, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단은 적어도 하나 이상의 뉴클레오티드를 통해 연결되는 것이 아니다. 이 경우 숫자 "0" 표시는 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에 뉴클레오티드가 존재하지 않음을 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 적어도 하나 이상의 뉴클레오티드를 통해 연결하는 단계; 및 상기 뉴클레오티드의 수를 조절하여 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계를 포함하는 핵산 구조물의 각도 조절 방법이 제공된다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 뉴클레오티드의 수를 조절하는 단계는 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에 하나 이상의 뉴클레오티드를 삽입(insertion) 또는 제거(deletion)하는 단계일 수 있다.
도 1b는 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 하나의 뉴클레오티드를 통해 연결한 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 1b의 좌측 그림은 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물의 접착성 말단(sticky end)에 하나의 뉴클레오티드가 삽입(insertion) 또는 제거(deletion)되어 하나의 뉴클레오티드를 통해 연결되어 있는 핵산 구조물을 도시하고, 도 1b의 우측 그림은 그에 따른 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 도시한다. 도 1b의 좌측 그림에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 상기 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단의 접착성 말단에 하나의 뉴클레오티드가 삽입 또는 제거되어 하나의 염기 쌍에서 비상보적인 염기 서열을 갖기 때문에 완전하게 혼성화되지 않고, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 구조가 뒤틀린다. 따라서, 도 1b의 우측 그림에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선행 핵산 구조물의 연결 각도가 약 34.3도로 변하고, 약 34.3도로 꺽인 2차원 또는 3차원의 핵산 구조물이 형성된다. 이 경우 상기 접착성 말단은 하나의 염기 쌍에서 비상보적인 염기 서열로 구성되어 있기 때문에, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 상기 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에는 단일 분자의 뉴클레오티드가 존재하고, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단은 하나의 뉴클레오티드를 통해 연결된다. 이 경우 숫자 "+1" 표시는 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에 하나의 뉴클레오티드가 존재함을 나타낸다.
도 1c는 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결한 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 1c의 좌측 그림은 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물의 접착성 말단(sticky end)에 두 개의 뉴클레오티드가 삽입(insertion) 또는 제거(deletion)되어 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결되어 있는 핵산 구조물을 도시하고, 도 1c의 우측 그림은 그에 따른 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 도시한다. 도 1c의 좌측 그림에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 상기 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단의 접착성 말단에 두 개의 뉴클레오티드가 삽입 또는 제거되어 두 개의 염기 쌍에서 비상보적인 염기 서열을 갖기 때문에 완전하게 혼성화되지 않고, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 구조가 상기 도 1b의 경우보다 더 뒤틀린다. 따라서, 도 1c의 우측 그림에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선행 핵산 구조물의 연결 각도가 약 68.6도로 변하고, 약 68.6도로 꺽인 2차원 또는 3차원의 핵산 구조물이 형성된다. 이 경우 상기 접착성 말단은 두 개의 염기 쌍에서 비상보적인 염기 서열로 구성되어 있기 때문에, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 상기 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에는 2개 분자의 뉴클레오티드가 존재하고, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단은 2개의 뉴클레오티드를 통해 연결된다. 이 경우 숫자 "+2" 표시는 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에 두 개의 뉴클레오티드가 존재함을 나타낸다.
도 2a는 하나의 뉴클레오티드를 통해 연결된 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물을 포함하는 연속적인 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 2a에 따르면, 약 2.25 나노미터의 폭, 하나의 제1 선형 핵산 구조물과 하나의 제2 선형 핵산 구조물이 연결된 약 6.6 나노미터의 길이를 갖는 단위 구조물을 포함하는 지그재그 형상을 갖는 DNA 구조물이 제안된다. DNA 구조에 있어서, 하나의 염기 쌍이 약 2 나노미터의 지름 및 약 0.34 나노미터의 길이를 갖는다는 사실을 기초로, 약 10개의 염기 쌍을 포함하는 이중 나선 구조의 제1 선형 핵산 구조물 및 제2 선형 핵산 구조물을 전제로, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 삽입 또는 제거에 의해 하나의 뉴클레오티드로 연결하면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도가 약 34.3도를 형성하며, 도 2a에 따른 크기 및 형상을 갖는 핵산 구조물을 제조할 수 있다.
도 2b는 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결된 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물을 포함하는 연속적인 핵산 구조물의 일 실시예를 도시한다.
도 2b에 따르면, 약 3.7 나노미터의 폭, 하나의 제1 선형 핵산 구조물과 하나의 제2 선형 핵산 구조물이 연결된 약 2.9 나노미터의 길이를 갖는 단위 구조물을 포함하는 지그재그 형상을 갖는 DNA 구조물이 제안된다. DNA 구조에 있어서, 하나의 염기 쌍이 약 2 나노미터의 지름 및 약 0.34 나노미터의 길이를 갖는다는 사실을 기초로, 약 8개의 염기 쌍을 포함하는 이중 나선 구조의 제1 선형 핵산 구조물 및 제2 선형 핵산 구조물을 전제로, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 삽입 또는 제거에 의해 두 개의 뉴클레오티드로 연결하면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도가 약 68.6도를 형성하며, 도 2b에 따른 크기 및 형상을 갖는 핵산 구조물을 제조할 수 있다.
도 2c는 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결된 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물을 포함하는 연속적인 핵산 구조물의 다른 실시예를 도시한다.
도 2c에 따르면, 약 5.6 나노미터의 폭, 하나의 제1 선형 핵산 구조물과 하나의 제2 선형 핵산 구조물이 연결된 약 4.3 나노미터의 길이를 갖는 단위 구조물을 포함하는 지그재그 형상을 갖는 DNA 구조물이 제안된다. DNA 구조에 있어서, 하나의 염기 쌍이 약 2 나노미터의 지름 및 약 0.34 나노미터의 길이를 갖는다는 사실을 기초로, 약 10-11개의 염기 쌍을 포함하는 이중 나선 구조의 제1 선형 핵산 구조물 및 제2 선형 핵산 구조물을 전제로, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 삽입 또는 제거에 의해 두 개의 뉴클레오티드로 연결하면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도가 약 68.6도를 형성하며, 도 2c에 따른 크기 및 형상을 갖는 핵산 구조물을 제조할 수 있다.
도 2d는 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결된 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물을 포함하는 연속적인 핵산 구조물의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 2d에 따르면, 약 9.3 나노미터의 폭, 하나의 제1 선형 핵산 구조물과 하나의 제2 선형 핵산 구조물이 연결된 약 7.3 나노미터의 길이를 갖는 단위 구조물을 포함하는 지그재그 형상을 갖는 DNA 구조물이 제안된다. DNA 구조에 있어서, 하나의 염기 쌍이 약 2 나노미터의 지름 및 약 0.34 나노미터의 길이를 갖는다는 사실을 기초로, 약 17-18개의 염기 쌍을 포함하는 이중 나선 구조의 제1 선형 핵산 구조물 및 제2 선형 핵산 구조물을 전제로, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 삽입 또는 제거에 의해 두 개의 뉴클레오티드로 연결하면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도가 약 68.6도를 형성하며, 도 2d에 따른 크기 및 형상을 갖는 핵산 구조물을 제조할 수 있다.
도 3은 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단이 연결된 핵산 구조물의 뉴클레오티드의 수에 따른 연결 각도를 도시한다.
도 1 내지 도 2에서 설명된 바와 같이, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 적어도 하나 이상의 뉴클레오티드를 통해 연결하면 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도가 변화한다. 도 1b 및 도 2a에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 하나의 뉴클레오티드를 통해 연결하면 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도는 약 34.3도로 변하고, 도 1c 및 도 2b 내지 2d에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 두 개의 뉴클레오티드를 통해 연결하면 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도는 약 68.6도로 변한다. 따라서, 뉴클레오티드의 수가 삽입 또는 제거에 의해 증가 또는 감소할 경우 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도는 뉴클레오티드 분자 1개 당 약 34.3도씩 변한다. 따라서, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도는 양 핵산 구조물의 말단의 접착 부위에 삽입 또는 제거되는 뉴클레오티드의 수에 해당하는 약 34.3도의 배수만큼 증가 또는 감소하게 된다. 도 3은 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물의 말단의 접착 부위에 삽입되는 뉴클레오티드의 수에 따른 연결 각도의 변화를 나타낸다. 구체적으로, 도 3에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물의 말단의 접착 부위에 삽입되는 상기 뉴클레오티드의 수가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 및 21개인 경우 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도는 각각 약 34.3도, 약 68.6도, 약 102.9도, 약 137.2도, 약 171.5도, 약 205.8도, 약 240.1도, 약 274.4도, 약 308.7도, 약 343.3도, 약 17.3도, 약 51.6도, 약 85.9도, 약 120.2도, 약 154.5도, 약 188.8도, 약 223.1도, 약 257.4도, 약 291.7도, 약 326도, 약 360.3도로 변한다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계는 상기 뉴클레오티드 1개당 약 34.3도의 배수로 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 것일 수 있고, 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계는 상기 뉴클레오티드의 수가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 및 21개인 경우 각각 약 34.3도, 약 68.6도, 약 102.9도, 약 137.2도, 약 171.5도, 약 205.8도, 약 240.1도, 약 274.4도, 약 308.7도, 약 343.3도, 약 17.3도, 약 51.6도, 약 85.9도, 약 120.2도, 약 154.5도, 약 188.8도, 약 223.1도, 약 257.4도, 약 291.7도, 약 326도, 약 360.3도로 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 것일 수 있다.
도 4a는 뉴클레오티드의 수를 이용하여 핵산 구조물의 각도(a)를 조절하여 제조된 핵산 구조물의 일 실시예를 나타내고, 도 4b는 뉴클레오티드의 수를 이용하여 핵산 구조물의 각도(b)를 조절하여 제조된 핵산 구조물의 다른 실시예를 나타낸다.
도 1 내지 도 3에 따른 핵산 구조물의 각도 조절 방법에 의하면, 다양한 구조 및 형상을 갖는 핵산 구조물을 제조할 수 있다.
예를 들어, 도 4a에 도시된 삼각형 형상을 갖는 구조로서, 그 내부 각도(a), 예를 들어 약 60 내지 70도를 갖는 핵산 구조물을 구현하고자 하는 경우 제1 선형 핵산 구조물의 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 말단을 2개의 뉴클레오티드를 통해 연결하면, 양 핵산 구조물 간의 연결 각도를 약 68.6도로 구현할 있기 때문에 원하는 각도에 매우 근접한 구조를 갖는 핵산 구조물을 구현할 수 있다. 또한, 약 60 내지 70도의 내부 각도를 갖는 핵산 구조물은 이중 나선 구조의 특성상 약 110도 내지 120도의 내부 각도를 갖는 핵산 구조물과 동일한 형상으로 구현될 수 있기 때문에, 대안적으로 제1 선형 핵산 구조물의 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 말단을 3개 또는 14개의 뉴클레오티드를 통해 연결하면, 양 핵산 구조물 간의 연결 각도를 약 102.9도 또는 약 120.2도로 구현할 수 있다.
또한, 예를 들어, 도 4b에 도시된 육각형 형상을 갖는 구조로서, 그 내부 각도(b), 예를 들어 약 120 내지 130도를 갖는 핵산 구조물을 구현하고자 하는 경우 제1 선형 핵산 구조물의 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 말단을 4개 또는 14개의 뉴클레오티드를 통해 연결하면, 양 핵산 구조물 간의 연결 각도를 약 137.2도 또는 약 120.2도로 구현할 있기 때문에 원하는 각도에 매우 근접한 구조를 갖는 핵산 구조물을 구현할 수 있다. 또한, 약 120 내지 130도의 내부 각도를 갖는 핵산 구조물은 이중 나선 구조의 특성상 약 50도 내지 60도의 내부 각도를 갖는 핵산 구조물과 동일한 형상으로 구현될 수 있기 때문에, 대안적으로 제1 선형 핵산 구조물의 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 말단을 2개 또는 12개의 뉴클레오티드를 통해 연결하면, 양 핵산 구조물 간의 연결 각도를 약 68.6도 또는 약 51.6도로 구현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단을 적어도 하나 이상의 뉴클레오티드를 통해 연결하는 단계; 및
    상기 뉴클레오티드의 수를 조절하여 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계;
    를 포함하는 핵산 구조물의 각도 조절 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 뉴클레오티드의 수를 조절하는 단계는 상기 제1 선형 핵산 구조물의 일 말단과 제2 선형 핵산 구조물의 일 말단 사이에 하나 이상의 뉴클레오티드를 삽입(insertion) 또는 제거(deletion)하는 단계인 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계는 상기 뉴클레오티드 1개당 약 34.3도의 배수로 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 단계는 상기 뉴클레오티드의 수가 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 및 21개인 경우 각각 약 34.3도, 약 68.6도, 약 102.9도, 약 137.2도, 약 171.5도, 약 205.8도, 약 240.1도, 약 274.4도, 약 308.7도, 약 343.3도, 약 17.3도, 약 51.6도, 약 85.9도, 약 120.2도, 약 154.5도, 약 188.8도, 약 223.1도, 약 257.4도, 약 291.7도, 약 326도, 약 360.3도로 상기 제1 선형 핵산 구조물과 제2 선형 핵산 구조물 간의 연결 각도를 조절하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 선형 핵산 구조물은 DNA(deoxyribonucleic acid), RNA(Ribonucleic acid), PNA(peptide nucleic acid), LNA(locked nucleic acid) 및 그의 유사체(analogs)를 구성하는 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제4항에 따른 각도 조절 방법에 의해 제조된 핵산 구조물.
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