제일원리계산을 이용해 DNA 이중나선, 삼중나선, 사중나선에 작용하는 에너지를 체계적 성분화하고, 동일 계산 조건에 따른 각각의 상호작용 안정성을 정밀 비교 분석했다고 설명했다.

노화와 관련 염색체 중추 구조인 텔로미어를 구성하는 사중나선(G-quadruplex) 구조의 칼륨 이온(K+)에 대한 높은 선택성과 안정성을 제일원리계산 최초로 재현했다고 덧붙였다.

이는 수용액 환경에서 존재하는 DNA의 특수 환경과 분자 관점에서의 금속 이온, 물 분자와의 복잡한 상호작용에 대해 체계적으로 고려하지 못했기 때문으로 알려져 있다.

이에 연구팀은 실제 환경과 유사하도록 모든 제일원리계산을 수용액 환경에 적용해 DNA 염기 사이에 작용하는 상호작용은 물론 물 분자와 금속 이온의 상호작용까지 살펴봤다.

예측된 구조를 분석하기 위해 수소 결합 길이(hydrogen bond length)와 글리코시드 벡터 각도(glycosidic vector angle), 비틀림 각도(twist angle) 등의 구조적 분석 요인들도 새롭게 고안해 적용했다.

이 같이 결정된 DNA 구조를 실제 실험결과와 비교해 DNA 인산 골격(phosphate backbone)이 DNA 구조에 어떠한 영향을 미치는 지를 확인했다.

그 결과 비교적 단순한 구성의 공여체-수용체 상호작용 성분을 갖는 이중나선뿐만 아니라 더 복잡한 상호작용 구성 성분을 포함하는 삼중 또는 사중나선 구조에서도 상호작용 에너지 합산을 통해 실험 결과와 일치하는 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.

연구팀은 이를 통해 제일원리계산을 이용한 DNA 이중, 삼중, 사중나선 구조의 상호작용 에너지 및 구조적 분석이 더욱 정교하고 복잡한 DNA 구조 설계를 위한 기반이 될 수 있음을 새롭게 밝혀냈다.

이 연구결과는 유전체 연구 분야 세계적 학술지인 ‘뉴클레익 액시드 리서치(Nucleic Acids Research, 핵산연구)’ 최신호에 게재됐다.