초록 ▼

연구의 목적 및 내용
1) 이중나선 DNA가 높은 bending 아래에서 고리(loop)형성과 접힘을 지배하는 물리적 기작을 연구하였다. 이연구를 통하여 짧은 DNA의 고리형성과 접힘에 있어 구부림에 의해 막대한 에너지 장벽을 뛰어 넘는 생체 자기조직의 패러다임을 연구하였다.

2) 나노사이즈의 단분자가 수용액속에서 배열하여 내부가 텅빈 캡슐과 링등의 초분자 집합(Supramolecular Aggregates을 형성하는 실험적 결과를 설명할 뿐만 아니라 이와 결부하여 여러 형상 특히 링 형성의 물리적 기작과 관련된

연구의 목적 및 내용
1) 이중나선 DNA가 높은 bending 아래에서 고리(loop)형성과 접힘을 지배하는 물리적 기작을 연구하였다. 이연구를 통하여 짧은 DNA의 고리형성과 접힘에 있어 구부림에 의해 막대한 에너지 장벽을 뛰어 넘는 생체 자기조직의 패러다임을 연구하였다.

2) 나노사이즈의 단분자가 수용액속에서 배열하여 내부가 텅빈 캡슐과 링등의 초분자 집합(Supramolecular Aggregates을 형성하는 실험적 결과를 설명할 뿐만 아니라 이와 결부하여 여러 형상 특히 링 형성의 물리적 기작과 관련된 근원적 자기조직의 패러다임을 연구하였다.

연구결과
1) 짧은 DNA의 변형과 bubble 생성

원 또는 arc 형태로 구부러진 짧은 DNA에서 일어나는 창발현상을 통계물리학적으로 규명하였다. bubble의 존재가 이 확률적으로 드물다고 하더라도 구부림으로 인하여 뭉쳐져서 kink가 형성되어 looping이 용이하게 됨을 발견하였다 (Journal of Chemical Physics, 142, 15, 2015 ). 또한 이남기교수그룹에서 한 D형태의 DNA에서 FRET 실험의 결과를 통해 구부려진 짧은 이중나선 DNA에서 kink 와 fork가 형성됨을 보았다(Angew. Chem. Int. Ed. 54, 31, 2015). 이에 대한 이론적해석을 Breathing DNA model로 simulation, 그리고 해석적이론으로 규명하였다(Scientific Reports, June 24, 2016).

2) 분자의 자기조립과 마이크론사이즈 링 형성

복잡계 자기조립 IBS 연구단에서 합성한 나노사이즈의 분자가 solution 속에서 자기조립하여 tube가되고 더 나아가서 마이크론 크기의 초분자 링을 형성하는 물리적 기작을 연구하였다. 또한 작은 분자의 농도로서 통계역학적으로 링 사이즈의 분포를 산출하였다. (NATURE CHEMISTRY, 2013).또한 열적요동으로 생성되는 defect가 이러한 조직체가 비가역적으로 빨리 형성될 수 있는 열역학적 경로를 열어 줌을 발견하였다.

연구결과의 활용계획
Biopolymer looping과 folding에 대한 본 연구가 제시할 정량적이고 근원적 이해는 유전자 조절과 관련된 여러 생물물리의 기초와 예측을 제공하고 생명 공학적으로 활용될 수 있다. 또한 Supramolecular self-assembly, 특히 비평형적 요소에 의한 growth dynamics는 세포내 Microtubule 동역학과 관련 생체자기조직에 대한 중요한 아이디어를 제공할 수 있다.

(출처 : 한글요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose& contents
1) We investigate the physical mechanisms behind looping and folding of double stranded DNA. We study the paradigm of biological self-organization of crossing over the large energy barrier associated with bending.

2) Nano-sized monomers self-assseble in solution and form

Purpose& contents
1) We investigate the physical mechanisms behind looping and folding of double stranded DNA. We study the paradigm of biological self-organization of crossing over the large energy barrier associated with bending.

2) Nano-sized monomers self-assseble in solution and form supramolecular structures of various shapes. We explained the mechanisim behind the formations of various curvatures, particularily ring and studied a fundamental paradigim of self-organized shape formation.

Result
1) Short DNA bending and the conformation
We studied the phenomena emergent in highly bent DNA in circular shape using statistical physics. Although rare in their presence, the bubbles can nucleate to form a kink in highly bent DNA, facilitating the looping. both simulations and analytical theories, physical mechanism behind the DNA bending and cyclization(Journal of Chemical Physics, 142, 15, 2015 ) In the bent DNA in D form we studied in collaboration with Prof NamKi Lee, two forms of denaturation were observed, the kink and fork(Angew. Chem. Int. Ed. 54, 31, 2015). We gave a theoretical analysis via Breathing DNA simulation as well as an analytical theory (Scientific Reports, June 24, 2016).

2) Molecular self-assembly and formation of microsized ring
We studied the physical mechanism behind the supramolecular self-assembly into tubes, eventually micronsized ring which was has synthethised in the IBS Center for Self-assembly and Complexity. We evaluated the size distribution of the rings in terns of the monomer concentrations (NATURE CHEMISTRY, 2013) And we investigated how the defects spontaneously induced by thermal fluctuation can give rise to thermodynamic pathway of the irreversible formation of the aggregates.

Expected Contribution
The quantitative and fundamental understanding that results from this research on looping and folding is expected to provide the some fundamentals (text-book knowledges) in biological physics of gene regulation as well as biotechnological applications.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 9
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 9
• 7. 참고문헌 ... 9
• 8. 연구성과 ... 10
• 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 12
• 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 12
• 11. 기타사항 ... 12
• 끝페이지 ... 12