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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 윤정민
논문 Sojin An*, Jungmin Yoon*, Hanseong Kim, Ji-Joon Song, Uhn-soo Cho (2017) Structure-based nuclear import mechanism of histones H3 and H4 mediated by Kap123. eLife 2017;6;e30244
한줄요약 DNA복제시 Kap123-mediated histone H3/H4 nuclear translocation에 대한 구조-생화학적 연구


인터뷰

 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요.

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우리 몸에 중요한 유전정보를 담고 있는 DNA Histone octamer 146 base pair가 감겨 있는 nucleosome이라는 기본단위로 이루어진 chromatin 형태로 보관이 되어집니다. DNA 복제 과정에서는 DNA가 복제가 되면서 Chromatin assembly/disassembly가 활발히 이루어 질 뿐 아니라 복제된 DNA Nucleosome형태로 보관하기 위해 굉장히 많은 Histone 들이 세포질에서 만들어져서 핵 속으로 전달되어져야 하는데요. Kap123 budding yeast에서 히스톤 H3/H4를 전달해주는 주요한 Import 단백질로 알려져 있습니다. Kap123단백질은 Histone H3 또는 H4 단백질의 N-말단 꼬리부분에 존재하는 Nuclear Localization Sequence (NLS)를 인지하여 세포질에서 핵으로 전달한다고 알려져 있습니다. 하지만 히스톤 H3, H4모두 NLS가 존재 하기 때문에 Kap123 단백질이 히스톤의 NLS를 인지할 때 어떠한 방식으로 인지하는지 또한 Kap123를 매개로 한 히스톤 전달에서 cytoplasmic H4 (K5ac K12ac)의 보존적 di-acetylation의 역할은 무엇인가에 대한 풀리지 않은 생물학적 질문이 있습니다. 이 질문에 대한 대답을 하기 위해 공동연구 하는 실험실에서는 Kap123의 구조, Kap123-H3- 그리고 H4-NLS Complex X-ray 구조를 규명하였습니다. X-ray 구조는 Kap123단백질 내에 H3 H4 NLS를 인지할 수 있는 두개의 Lysine-binding pocket이 있고 H3-NLS H4-NLS는 최소한 이 두 Lysine-binding pocekt중 하나는 공유하고 있으며 H3- 그리고 H4-NLS는 상호 배타적임을 보여주고 있습니다. 저는 SPR 실험을 통해 Kap123 Lysine binding pocket에서 히스톤 binding에 중요한 잔기를 mutagenesis mutant단백질들을 만들어서 histone H3-NLS H4-NLS 의 바인딩을 측정하였습니다. 이를 통해 Kap123 Lysine binding pocket이 히스톤 H3, H4-NLS와의 바인딩에 중요하다는 사실을 증명하였을 뿐 아니라 H4 NLS peptide, H4K5K12ac peptide Kap123의 바인딩 측정을 통해 H4-NLS diacetylation (H4K5K12ac)은 오히려 Kap123와의 결합을 약하게 한다는 사실도 증명하였습니다. 이러한 데이터를 기반으로 저희는 cytoplasmic 히스톤 H4의 보존적 diacetylation Kap123-H4-NLS와의 결합을 약하게 함으로써 Kap123-H3-dependentH3:H4/Asf1 complex를 핵속으로 전달하는데 더 수월하게 해준다는 사실을 증명할 수 있었습니다.   


2. 연구과정에서 있었던 에피소드를 소개해 주세요.


Protein-Protein interaction을 측정하기 위한 다양한 실험방법들이 있습니다. 그 중 저는 ITC (Isothermal titration calorimetry)를 사용하여 측정하기를 시도 하였으나 단백질이 매우 sensitive하고 20가지 이상의 mutant단백질을 측정하기에는 힘든 케이스였습니다. 그래서 ITC 방법을 SPR (Surface Plasmon Resonance)로 바꾸자고 결정한 후 SPR기계를 가지고 있는 기관에 의뢰를 한적이 있는데, 그때 SPR로도 측정이 어렵다는 통보를 받았습니다. 실험이라는게 제 손을 거치지 않고 측정이 어렵다는 얘기만으로는 포기할 수 없어서 SPR사용법을 GE Healthcare를 통해서 배워 certification을 얻었으며 대전에 있는 SPR기계를 검색하였습니다. 외부인에게는 쉽게 오픈하지 않는 공공기간을 검색을 통해 알 수 있었고 교수님께 부탁드려 어렵게 사용할 수 있게 되었습니다. 물론 교수님께서 SPR을 사용하실 수 있으셨기 때문에 많은 도움을 주셨고 그 이후에 여러 번의 실험을 통해 조건을 잡고 한 배치에서 데이터를 얻을 수 있었습니다. 거의 1년의 시간이 걸렸지만 포기하지 않고 여러 접근을 통하여 얻은 값진 데이터여서 잊을 수 없는 기억으로 남아 있습니다.


3. 연구를 통해 얻은 지혜를 후배들에게 들려주세요.


첫번째는 포기하는 것도 빠른 판단이 필요하다는 것입니다. 왜 그런지 모르겠지만, 잘 모르고 시도 한 첫 실험 결과들은 왜 이렇게 좋았던 걸까요? 저는 ITC로 처음한 실험이 잘 나왔어서 이 방법을 포기하지 못하고 1년이상을 Troubleshooting만 한 케이스인데요. 테크닉적으로는 많이 배웠지만 ITC로는 결국 실험 결과를 얻지 못한 케이스입니다. 시간이 지나서 할 수 있는 말이지만, ITC로 실험결과를 얻었으면 좋았겠지만 이 방법이 아닌 단백질 간 바인딩을 측정할 수 있는 다른 방법을 조금이라도 빠른 시일 내에 바꾸었다면 더 좋지 않았을까 하는 생각을 합니다. 물론 첫 시도에서 좋은 결과가 나왔기 때문에 이를 포기하지 못하긴 하였지만, 왜 다른방법으로 눈을 돌릴 생각을 하지 못했을까 라는 후회가 들더라구요. 이를 빠르게 판단 하는 것 또한 두려울 수는 있으나 좌절과 정체의 시간으로 빠지지 않고 self-motivation 될 수 있는 방법이라 생각이 됩니다.


두번째는 교수님 혹은 실험실 사람들의 도움을 받으라는 것입니다. 실험실에 처음 들어오면 대부분 선배들에게 배우게 됩니다. 그 선배들 또한 교수님이나 다른 선배들에게 배웠겠지요. 선배 입장에선 가르쳐 주는걸 배푼다 생각하지 말고 내가 받은걸 그대로 더 잘 알려준다 라고 생각하면 좋을 것 같습니다. 물론 받는 입장에서도 그걸 당연히 생각하면 안되겠지요. 저희 실험실에서는 교수님과 디스커션 하는 것이 항시 열려 있기 때문에 지혜일지는 모르겠으나 소소한 실험적 결과 뿐 아니라 실험 테크닉들을 교수님과 열린 대화를 하신다면 확실히 빠르고 정확한 방법을 얻을 수 있으리라 생각합니다.


마지막으로 생명과 대학원생 모두 마찬가지이겠지만, 많은 고난의 시간과 고뇌의 시간이 있습니다. 저의 경우, 실험실에 마음둘 사람들이 있었기 때문에 그들과 함께 그 시간들을 이겨낼 수 있었습니다. 박사 과정동안 흔들리는 마음을 잡아줄 방법 하나쯤은 가지고 있는게 큰 도움이 되리라 생각합니다.  


4. 나는 왜 명과학자가 되었는가?


생명과학자라고 불리기엔 아직 많은 시간들이 필요할 것 같지만, -박사과정에 들어온 이유를 생각해 보면 대학 시절 KAIST에서 주최한 Bio-URP 3학년 여름방학때 참여한 적이 있습니다. 그 때 교수님께서 저희들에게 개인 프로젝트를 주셨고 그것을 해결해 보고자 실험을 시작하였습니다. 물론 클로닝만 하다 끝이 났지만 (클로닝을 끝마치지도 못했다는….), 저에겐 굉장히 흥미롭고 재미있는 경험이였습니다. 이 후 방학마다 개별 연구를 하며 연구자의 길을 생각해 보았고 그 생각이 이어져서 졸업과 동시에 대학원 진학하였습니다. 진학 한 이후에는 Biological question을 가지고 이에 대답하기 위한 여러 방법들을 모색하는 배움의 길을 걸어왔습니다. 물론 큰 그림과 꿈을 가지고 생명과학자가 되려는 이유가 있었으면 더 좋았겠지만, 저는 경우 중요한 결정을 하는 시기에 제가 가진 흥미와 관심이 이끄는 곳으로 따라왔던 것 같습니다.


5. 다른 하고 싶은 이야기


대학원 면접때 저희 교수님께서 대학원은 힘든 곳이다 왜 오려고 하는가?’ 라는 질문을 하셨던게 힘들때면 항상 생각이 납니다. 대학원은 사람때문에, 결과 때문에, 미래 때문에 힘들지 않을 수 없는 곳인 것 같습니다. 하지만 지금 실험하고 일하고 규칙적, 반복적으로 하는 일들이 나에게 재미를 주는지 생각해보면 질문에 대한 대답은 쉬울 것 같습니다. 저는 이런 일들이 힘이 들긴 했지만 제가 감당할 수 있고 재미있었기에 있을 수 있었지만 이게 감당할 수 있는 범위를 넘어선다면 언제든 그만두고 다른 일을 알아보는 것이 본인의 삶에서 더 현명한 것이라 생각합니다. 본인 삶의 주인공은 본인이며 책임도 본인이 져야 하니까요. 그만둔다는 것에 너무 두려움을 느끼지 않기를 앞으로 새로운 선택을 할 제 자신과 이 글을 읽고 있는 여러분에게 바래 봅니다 (물론 책임감도 잃지 않는 선에서요!).


마지막으로 지금까지 항상 힘이 되어준 실험실 사람들과 교수님 부모님 그리고 남편에게 감사와고마움을 전하고 싶습니다.

 



  1. 김나연(바이오이미징/광유전학 실험실, 허원도 교수님)

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