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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 곽미정
논문 Mi-Jeong Kwak*, J Dongun Kim*, Hyunmin Kim, Cheolhee Kim, James W. Bowman, Seonghoon Kim, Keehyoung Joo, Jooyoung Lee, Kyeong Sik Jin, Yeon-Gil Kim, Nam Ki Lee, Jae U. Jung, Byung-Ha Oh. (2017) Architecture of the Type IV coupling protein complex of Legionella pneumophila. Nature Microbiology, 2:17114. doi: 10.1038 / nmicrobiol.2017.114. (*contributed equally)
한줄요약 레지오넬라 뉴모필라균의 독성단백질 분비 기작에 중요한 Type IV coupling protein complex의 모델 구조 규명

인터뷰

 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요.


본 논문은 폐렴을 일으키는 레지오넬라 뉴모필라 균의 독성단백질 분비 기작에서 중요한 역할을 하는 Type IV coupling protein complex(T4CP)의 전체 모델 구조를 규명한 논문입니다 (아래그림). 

fig1.png



레지오넬라균은 독성단백질을 숙주세포(macrophage)에 분비해 숙주세포의 vesicle trafficking system을 교란시키고 장악함으로써 그 안에서 기생할 수 있게 됩니다. 독성단백질의 분비는Type IV secretion system에 의해 일어나는데, system은 크게 레지오넬라 균의 outer membrane을 관통하는 secretion channel cytosol로부터 독성단백질을 인지하여 secretion channel로 전달해주는 coupling protein complex로 이루어져 있습니다. T4CP는 총 5개의 단백질로 이루어져 있다고 알려져 있는데, DotL, DotN, DotM, IcmS, IcmW 로 구성되어 있습니다.  


이 중 DotL coupling protein며 총 3개의 domain을 가지고 있습니다.  Transmembrane domainhexamer를 이루는 AAA-ATPase domain, 기능이 알려지지 않은 C-terminal extension domain으로 이뤄져 있습니다. 나머지 4개의 단백질은 DotLCTE에 결합하여 안정화 및 기능 조절에 역할을 할 것으로 예상되고 있습니다. 저희는 본 논문에서 이전에 알려지지 않았던 LvgA라는 단백질이 T4CP의 새로운 component라는 것을 규명하였고, DotL CTE와 나머지 4개 단백질들을 복합체로 만들어 이것의 구조를 x-ray crystallography, SAXS, ALEX-FRET기법을 이용해 규명하였습니다. 또한 ATPase domain부분을 homology modeling 기법을 이용해 modeling하고 여기에 CTE 구조를 fitting하여 결과적으로 전체 whole T4CP model 구조를 규명 할 수 있었습니다. 여기에 더하여 이 복합체가 실제로 독성 단백질과 결합한다는 것을 몇 가지 실험을 통해 증명하였고, 이 결합에 LvgA가 중요한 역할을 한다는 것 또한 규명하였습니다.


본 논문에서 저희가 규명한 구조들은 이전까진 알려진 바가 없었으며, 여러 개의 component로 이뤄진 T4CP의 구조와 mechanism은 미지의 영역이었습니다. 이번 저희 논문을 통해 이 분야에 대한 이해를 넓힐 수 있는 계기가 될 것이라 기대하며, 실제로 같은 분야의 연구자들이 많은 관심을 보이고 있습니다. 앞으로의 다양한 공동연구를 통해 T4CP가 독성 단백질을 인지하고 translocation하는 mechanism을 밝혀 궁극적으로 이 복합체를 blocking할 수 있는 약물을 개발하고, 또한 유사한 system을 가지는 다른 pathogen에 대한 약물개발에도 응용 될 수 있을 것이라 기대하고 있습니다.


2. 연구과정에서 있었던 에피소드를 소개해 주세요.


본 논문에는 5개의 crystal 구조가 실려있습니다. 보통 구조 논문에서는 crystal구조가 1~2개 실리는 편인데 저희 논문에서는 많은 crystal구조가 실린 편입니다. 저희의 target이 많은 component로 이뤄져 있는 복합체라 부분부분을 쪼개서 푸는 바람에 그런 것이기도 하지만, 이 모든 구조를 풀기 위해 저와 팀 구성원들의 수많은 노력과 여러 행운이 겹쳐 5개의 구조를 풀 수 있었다고 생각합니다. 그 중에는 20년간 구조만 해오신 저희 교수님도 본적 없었던 data를 가진 구조도 있었고, 한달 만에 생기는 crystal인데 여러 개의 crystal중 딱 하나의 data만 잘 나와서 운이 좋게 겨우 푼 구조도 있었고, 3년간 구조를 풀려고 시도 했지만 풀지 못하고 있다가 논문작업 마지막에 기적적으로 풀린 구조도 있었습니다. 지나고 나서 생각해보니 여러 행운들 뒤에는 모두의 값진 노력이 있었기에 가능했던 것이라 생각합니다. 함께 고생한 팀 구성원들에게 감사한 마음을 전하고 싶습니다.



3. 연구를 통해 얻은 지혜를 후배들에게 들려주세요.


각자가 진행하는 프로젝트들은 대부분 혼자서만 잘해서는 할 수 없는 것이 많을 것입니다. 예를 들면, 실험의 원활한 진행을 위해서는 랩 구성원들과 잘 협업해야 하며, 공동연구를 진행 중이라면 공동연구자들과의 협업도 중요합니다. 더욱 가깝게는 같이 프로젝트를 진행하는 구성원들과, 그리고 지도교수님과의 커뮤니케이션도 굉장히 중요합니다. 대학원 과정 동안 실험 테크닉과 연구에 대해 이해하는 것을 배워 나가는 것도 중요하지만 주변사람들과 얼마나 잘 협업하며 일 할 수 있을지도 연구자의 중요한 덕목 중 하나라고 생각합니다. 이런 부분을 잘 채워 나가 좋은 성과를 낼 수 있는 대학원 생활 해 나가기 바랍니다.



4. 나는 왜 명과학자가 되었는가?


중고등학교 시절 생물 과목을 배우면서 생명현상의 mechanism에 대해 더욱 깊게 알고 싶다는 욕구가 저를 생명과학의 길로 이끌었고, 생명과학을 배워나가다 보니 우리 주변을 둘러싸고 있는 생명현상들에 대해 더욱 깊게 이해할 수 있게 된다는 것이 항상 즐거웠습니다. 대학원 과정에서는 주로 단백질을 많이 연구했는데 생명 유지의 일선에서 일하는 단백질에 대해 깊게 알아 나갈 수 있는 것 또한 굉장히 흥미로웠습니다. 지금까지 생명현상에 대한 연구들이 많이 되어 있지만 아직도 모르는 것이 무궁무진합니다. 생명과학자로서 이러한 미지의 영역들을 하나씩 개척해 나갈 수 있는 연구자가 되고 싶습니다.



5. 다른 하고 싶은 이야기


카이스트 생명과학 과에서 대학원 과정을 수학 할 수 있었던 것이 저에게는 행운이었습니다. 연구시설과 인프라가 잘 구축되어 있어 원하는 연구를 진행하는데 큰 문제가 없었고, 또한 다양한 분야의 세미나가 언제나 열려있어 여러 분야에 대한 견문을 넓히는데 도움이 되었습니다. 앞으로도 모두가 연구하기 좋은 생명과학과로 발전해 나가면 좋겠습니다.


  1. 황순규(시스템 및 합성생물학 연구실, 조병관 교수님)

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  9. 정선혜(세포분열분화발생 실험실, 임대식 교수님)

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  10. 전종철(진핵세포 전사 연구실, 김재훈 교수님)

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  11. 장원열 (세포종양발생학 연구실, 임대식 교수)

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  12. 이한솔 (구조생명과학 연구실, 오병하 교수)

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    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 본 논문은 제가 Nature Communications 에 개제하였던 연구 내용을 긍정적으로 평가한 <Transcription> 이라는 잡지사에서 제 논문에 관한 review 논문을 작성해 달라는 부탁을 보...
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  14. 이민지(바이오이미징/광유전학 실험실, 허원도 교수님)

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