우리 학부  류제경 교수 연구팀은 원자힘 현미경 (AFM) 실험과 영국 에딘버러 대학의 Davide Micheletto 박사팀의 분자 동역학 시뮬레이션 (MD simulation) 공동연구를 통하여 콘덴신에 의해서 DNA 루프가 길어지는 방향으로 뽑아지는 원리를 규명하였다. 본 연구단에서는 원자 힘 현미경 (AFM)을 사용하여 콘덴신 단백질이 DNA에 수직 방향으로 붙고, 또 수직을 중심으로 30도 각도 범위 내에서, 구조 변화를 하는 것을 발견하였고, 그 구조변화의 방향성의 분포가 DNA 루프를 단방향으로 뽑아내는데 결정적인 역할을 한다는 것을 발견하였고, 그 결과는 모든 생명체의 염색체 형성 원리를 이해하는데 크게 기여할 것으로 보이고, 이 현상과 관련된 암, 발달 장애 등와 같은 질병 연구 및 치료에도 크게 공헌할 것으로 기대된다. 논문은 핵산 연구의 최고 학술지인 Nucleic Acids Research 저널에 실리게 되었고, 이 저널에서 1-2 % 논문만 선정하는 올해의 breakthrough 논문의 영예를 얻게 되었다.

DNA loop formation by structural maintenance of chromosome (SMC) proteins, including cohesin, condensin, and the SMC5/6 complex, plays a pivotal role in genome organization. Despite its importance, the molecular mechanism underlying SMC-mediated loop formation, particularly how these complexes achieve persistent directionality (rectification) while minimizing backward steps during the formation of large loops, remains poorly understood. Here, we use atomic force microscopy (AFM) and computational simulation to uncover a key geometric feature of the yeast condensin SMC complex enabling rectified loop growth. Using AFM, we demonstrate that the hinge domain of yeast condensin exhibits a directional bias, extending orthogonally to the bound DNA and sampling an anisotropic region of space around the protein complex. By accounting for the geometric constraint on the hinge-mediated DNA-capture step, we computationally show that loop growth can spontaneously self-rectify. In contrast, an SMC model with broken detailed balance and isotropic search instead exhibited substantial loop shrinkage and random-walk-like behaviour. These findings reveal an overlooked, and potentially broadly conserved, anisotropic DNA capture mechanism through which SMC complexes form and stabilize DNA loops in vivo, in turn providing novel insights into the physical principles governing genome organization.

Link : https://academic.oup.com/nar/article/53/14/gkaf725/8219898