An optical trap combined with three-color FRET

생체분자는 피코뉴턴(1 pN = 10-12 N)의 작은 힘에도 민감하게 반응한다. 광학집게(optical tweezers)와 자기집게(magnetic tweezers) 기술은 역학적 힘이 생체분자의 운동에 미치는 영향을 연구하는데 지난 2십여 년간 유용하게 사용되어 왔지만 힘에 평행한 방향의 생체분자 길이만을 측정할 수 있다는 한계를 가지고 있었다. 홍성철 교수 연구실은 광학집게와 single-molecule three-color FRET 기술을 결합하는데 최초로 성공함으로써 다양한 힘에 따른 생체분자의 삼차원 운동을 측정할 수 있는 길을 열었다. 앞으로 이 기술은 여러 도메인(domain) 구조로 이루어진 단백질의 접힘 연구에 유용하게 이용될 것으로 기대된다.

We developed a hybrid technique combining optical tweezers and single-molecule three-color fluorescence resonance energy transfer (FRET). In demonstrative experiments, we observed the force-sensitive correlated motion of three helical arms of a Holliday junction and identified the independent unfolding/folding dynamics of two DNA hairpins of the same length. With 3 times the number of observable elements of single-molecule FRET, this new instrument will enable the measurement of the complex, multidimensional effects of mechanical forces in various biomolecular systems, such as RNA and proteins.