KAIST 생명과학과동창회
  • News & Events
  • 생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

Extra Form
인터뷰 전종철
논문 Jongcheol Jeon, Robert K. McGinty, Tom W. Muir, Jung-Ae Kim and Jaehoon Kim (2018), Crosstalk among Set1 complex subunits involved in H2B ubiquitylation-dependent H3K4 methylation. Nucleic Acids Research. doi: 10.1093/nar/gky920 {e-pub ahead of print}
한줄요약 진핵세포의 히스톤 H3K4 메틸화 조절의 새로운 기작을 제시하다.
figure.png



<효모 Set1 complex H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 기작>



1. 배경지식

   핵산인 DNA 단백질인 히스톤은 염색체의 기본 구성인자인 nucleosome 이룹니다. DNA 기반으로 하는 다양한 생명현상들 예컨데 DNA replication, DNA repair, DNA recombination, RNA transcription 등은 많은 경우에 해당 기능을 담당하는 분자들이 DNA 얼마나 접근할 있는지에 따라 조절됩니다. 이러한 DNA 대한 접근성 (DNA accessibility) 조절하는 중요한 요소 하나는 바로 DNA 붙어 있는 히스톤에 일어나는 여러 종류의 modification 입니다. 대표적으로 methylation, acetylation, phosphorylation, ubiquitylation 등이 있으며 어떤 종류의 modification DNA accessibility 증가시키거나 감소시키며 상황에 따라서는 종류의 modification  서로 다른 여러 가지 역할을 수도 있습니다. 제가 연구하고 있는 히스톤 H3K4 methylation 히스톤 H3 단백질의 번째 lysine 잔기(K4) 일어나는 methylation 으로 활발하게 transcription 일어나고 있는 염색사 상에 많이 위치하며 transcription 일어나는데 중요하다고 알려져 있습니다. 때문에 H3K4 methylation 잘못 조절될 경우 암을 포함한 여러 질병들이 발생합니다. H3K4 methylation 가장 단순한 진핵세포인 효모로부터 인간에 이르기까지 보존되어 있으며 흥미롭게도 히스톤 H2B 일어나는 ubiquitylation 의해 영향을 받습니다. 효모에서는 H2B ubiquitylation H3K4 methylation 일어나는데 필수적이고 인간의 경우에도 H2B ubiquitylation H3K4 methylation 영향을 미친다고 알려져 있습니다. 이러한 히스톤 modification 간의 상호작용을 히스톤 ‘cross-talk’이라고 지칭하며 DNA accessibility 조절하는 방식에 깊은 다양성을 제공하고 있습니다.



2. 질문

   배경지식에서 연급했던 H2B ubiquitylation 의존적인 H3K4 methylation 가장 처음 밝혀진 히스톤 cross-talk이지만 아직 많은 부분이 의문으로 남아있습니다. 특히 ‘H2B ubiquitylation 어떤 기작을 통해 H3K4 methylation 활성화시키는가?’ cross-talk 밝혀진 2000 초부터 지금까지 가장 핵심적인 질문으로 자리하고 있습니다. 저는 단순하지만 하나의 H3K4 methyltransferase 가지고 있고 H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 가장 나타나는 장점을 가진 효모 시스템을 이용하여 질문의 답을 찾고자 하였습니다.


3. 발견

   논문에서는 다양한 생화학적 기법을 통해서 효모의 H3K4 methylation 담당하는 Set1 complex 여러 부위가 어떤 기작을 통해 H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 수행하는지를 밝힙니다. 기본적으로는 8 개의 구성인자 (Set1, Bre2, Swd1, Spp1, Swd2, Swd3, Sdc1, Shg1) 이루어진 Set1 complex 순수정제하고 H2B ubiquitylation 특이적으로 표지한 nucleosome 재조합하여 마련하였고 이를 시험관 메틸화 반응에 이용하여 기존의 연구들이 쉽게 밝힐 없었던 Set1 complex 부분들의 기능에 대해 다른 요소의 영향을 배제하고 세밀한 연구를 진행할 있었습니다. 기존에 H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 중요하다고 알려져 있던 Set1 complex 구성인자인 Spp1 domain 대해 연구하여 PHDL이란 domain 효모에서 제안하였고 domain Set1 complex 여러 구성인자들 간의 결합을 매개하고 H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 중요함을 보였습니다. Spp1 없는 조건하에서 Set1 특정 부분에 대한 결손을 유도하여 Set1 n-terminal 부분이  H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 기능함을 보였습니다. 이를 통해 Spp1 없을 때에도 Set1 complex 가지는 H3K4 methylation 활성에 대해 설명할 있는 실험적 증거를 제시하고 기존에 밝혀져 있지 않았던 Set1 n-terminal 부분의 새로운 기능을 보였습니다. 또한 Spp1 다른 구성인자인 Swd1 인위적 fusion 정제한 Set1 complex 경우 H2B ubiquitylation 없는 조건에서도 H3K4 methylation 일어날 있다는 점을 발견했는데 이는 논문의 가장 중요한 발견으로 Set1 complex H2B ubiquitylation Set1 complex 구성인자 간의 conformation 영향을 주어 methylation 활성화한다는 기작을 지지해 줍니다. 


4. 후속

   이번 연구를 수행하면서 가장 아쉬웠던 점은 Set1 complex H2B ubiquitylation 지닌 nucleosome 사이의 결합을 규명하지 못한 입니다. Set1 complex nucleosome 결합 방식을 이해하고 생화학적 연구들을 연결할 있다면  H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 분자기작에 대한 깊은 지식을 얻을 있을 입니다.


5. 소감

    이 논문이 나오기까지 여러 가설을 세우고 이를 증명하게 위한 실험을 수행하였습니다. 과정에서 가설이 맞는 경우도 있고 예상한 바와 다른 경우도 있었습니다. 가설이 틀리다는 것을 확인하는 과정 또한 중요하고 많은 배움이 있다는 점을 이번 연구를 통해 배울 있었습니다.


6. 기타 

   실험실 생활과 함께 시작하여 함께 끝마친 연구를 담고 있어 애착이 가는 논문입니다. 논문의 처음부터 마지막까지 함께 고민해주시고 도와주신 교수님과 김정애 박사님께 깊은 감사의 마음을 전합니다. 즐겁게 실험실 생활을 하는데 도움을 실험실 구성원분들께 감사합니다.


  1. 장성민 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

    < Cryo Electrom Microscopy (Cryo-EM) 으로 규명한 DOT1L – 유비퀴틴 뉴클레오좀 복합체 구조 > < 정상적인 뉴클레오좀 (파란색, 녹색)과 비교했을 때, DNA가 풀려 사라지고 히스톤 2차 구조가 손실되는 불안정화 현상이 관찰됨 (빨강) > ...
    Date2019.04.19 By생명과학과 Views381
    Read More
  2. 정창욱, 하승민 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     <생후 7~21일 동안 memantine을 투여한 경우 Shank2 결손 생쥐의 사회성이 개선된다.> 1. 배경지식 자폐증은 어린 나이에 발병되는 신경발달장애 중 하나로 전 세계적으로 약 1%의 유병률을 보이며 최근 점점 환자 수가 증가...
    Date2019.04.03 By생명과학과 Views494
    Read More
  3. 박진아 (대사신호전달 연구실, 김세윤 교수님)

    <흥분성 신경세포 특이적 IPMK 녹아웃에 의한 공포기억 소거증진 효과> 1. 배경지식 포유류에게 있어 다가오는 위협에 대응하여, 관련된 사건을 기억하고 적절한 반응을 하는 것은 생존에 매우 중요합니다. 또한 필요 이상으로 과도한 공포를...
    Date2019.03.28 By생명과학과 Views485
    Read More
  4. 이윤정 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

     <그림. MRG15 binding to ASH1L releases the autoinhibitory loop, and activates ASH1L histone methyltransferase activity> 1. 배경지식 DNA는 히스톤 H2A, H2B, H3, H4가 각각 한 쌍씩 8개로 결합해 이루어진 octamer에 감겨, 크로...
    Date2019.03.28 By생명과학과 Views478
    Read More
  5. 김지훈 (바이오이미징 & 광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    <형광단백질을 이용한 실시간 small GTPase 단백질 센서의 개발과 생명연구의 적용 > (a) Schematic of ddFP-based small GTPase sensor. (b) (top) Schematic depiction of KRas (G-KRas) sensor construct. (bottom) Fluorescence images s...
    Date2019.02.07 By생명과학과 Views910
    Read More
  6. 인선아 (진핵세포전사 연구실, 김재훈 교수님)

     <RNF20/40에 의한 열충격유전자 발현 조절 메커니즘> 1. 배경지식 진핵생물에서 DNA는 히스톤 단백질과 함께 ‘뉴클레오좀’이라는 단위로 존재합니다. 히스톤에는 Methylation, Acetylation, Phosphorylation, Ubiquityla...
    Date2019.02.07 By생명과학과 Views777
    Read More
  7. 정현진 (바이오이미징 및 광유전학 실험실, 허원도 교수님)

    <광활성 Flp을 개발, 마우스 머리에 LED를 비추어 유전자 발현을 조절함> 1. 배경지식 유전자 기능 연구를 수행하는데 있어 가장 일반적인 방법인 유전자 변형 실험모델을 만드는 것은 많은 시간, 비용, 노력 등이 소요됩니...
    Date2019.01.24 By생명과학과 Views868
    Read More
  8. 유병준 (바이오나노의약 연구실, 전상용 교수님)

    < 펩타이드-항체 복합체 구성 및 항암 작용기작 > 1. 배경지식 펩타이드의약품이란, 약 40여개 이하의 아미노산으로 이루어진 물질로 주로 화학적인 합성을 통해서 생산하는 의약품을 말합니다. 펩타이드의약품은 질병 관련 표적에 ...
    Date2019.01.09 By생명과학과 Views1053
    Read More
  9. 신안나 (행동유전학 연구실, 김대수 교수님)

    <졸음 행동 모델 제작과정과 T타입 칼슘채널 결핍 마우스 모델의 졸음행동 차이분석> 1. 배경지식 일반적 수면 행동에 비해 졸음행동은 관련 연구가 면밀히 진행되지 않았다. 높은 칼로리의 식품 섭취는 수면을 유도하고, 마우스 ...
    Date2018.12.19 By생명과학과 Views1257
    Read More
  10. 유이슬 (생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    <합리적 설계가 가능한 핵단백질 나노 입자와 암세포로의 표적화 및 치료 단백질 전달> 1. 배경지식 지난 수 십년 간 다양한 질병의 진행과 관련한 분자적 기작에 대한 연구 결과가 나오면서 세포 외부에 존재하는 생체 분자뿐만 아...
    Date2018.11.12 By생명과학과 Views1037
    Read More
  11. 전종철 (진핵세포전사 연구실, 김재훈 교수님)

    <효모 Set1 complex 의 H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 기작> 1. 배경지식 핵산인 DNA와 단백질인 히스톤은 염색체의 기본 구성인자인 nucleosome을 이룹니다. DNA를 기반으로 하는 다양한 생명현상들 예컨데 DNA replication, DN...
    Date2018.10.24 By생명과학과 Views1174
    Read More
  12. 정화진, 박하람 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수)

    <Sexually dimorphic gene expression in Chd8-mutant mice> 1. 배경지식 자폐증은 1% 가량의 인류가 영향을 받는, 굉장히 큰 사회적 비용이 들어가는 정신질환입니다. 사회성 문제와 제한되고 반복적인 행동을 보이는 환자를...
    Date2018.08.21 By생명과학과 Views2668
    Read More
  13. 손준영 (생체리듬 연구실, 최준호 교수)

    <배고플 때 잠을 못 자는 이유: 아미노산 세린이 아세틸콜린 신호를 증진시켜 잠을 억제한다> 1. 배경지식 동물들은 성장과 신체의 다양한 대사 작용을 유지하기 위한 에너지와 영양소를 먹이로부터 얻으며, 굶게 되면 수면을 억제 ...
    Date2018.08.16 By생명과학과 Views2126
    Read More
  14. 허우성 (생체분자공학 연구실, 김학성 교수)

    1. 배경지식 빛을 이용한 세포의 다양한 신호전달 조절은 물리, 화학적 방법보다 비 침습적이고 빠르기 때문에 세포 기능 연구에 매우 효과적으로 활용될 수 있습니다. 그러나, 지금까지는 주로 자연에 존재하는 광 스위치 단백질에 의존하였기 때...
    Date2018.07.30 By생명과학과 Views2077
    Read More
  15. 박은애 (식물학 연구실, 최길주 교수)

    <그림. 파이토크롬의 힘: 숲 속, 키 큰 나무 아래 그늘에 비추는 잠깐의 빛으로도 키 작은 식물은 푸르러진다> 1. 배경지식 파이토크롬B는 빛을 인지하여 식물의 발아, 새싹 발달, 개화 등을 조절하는 광수용체이다. 파이토크롬B가 식물의...
    Date2018.07.26 By생명과학과 Views2032
    Read More
  16. 장진호 (신경회로망 연구실, 한진희 교수)

     <그림> 전두엽-편도체 뇌신경회로는 포식자 냄새에 대한 생쥐의 본능적 공포 반응을 조절한다. 1. 배경지식 “공포 반응”은 사람과 동물이 위험한 상황에서 다치는 것을 막아주고 생존할 확률을 높여주는 유익한 생물학적 ...
    Date2018.07.26 By생명과학과 Views1918
    Read More
  17. 조혜연 & 김무준 (신경회로망 연구실, 한진희 교수)

    <공포 기억 회상 시에 기억과 관련 없는 세포가 단 1%라도 활성화 되면 기억 회상 능력이 떨어진다.> 1. 배경지식 해마의 치사회는 공간에 대한 기억을 저장하는 뇌 영역이다. 치매 환자들이 치상회에 비정상적으로 높은 활동을 보인다. 옵신 ...
    Date2018.07.17 By생명과학과 Views1605
    Read More
  18. 엄승민 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    <Three chamber test for social interaction> 1. 배경지식 뇌의 신경 세포망에서 시냅스는 없어서는 안 될 핵심 요소이자 신경 세포들 사이에서의 중요한 소통을 담당하고 있습니다. 이러한 시냅스는 수많은 유전자들로 구성 되...
    Date2018.07.17 By생명과학과 Views1660
    Read More
  19. 최지헌 (신경발생학 연구실, 김진우 교수님)

    <그림. 망막 전구세포에서의 mTORC1 과활성이 세포주기 진행 및 신경세포 발생을 촉진하다.> 1. 배경지식 척추동물의 신경계는 발생과정에서 신경전구세포 (neural progenitor cell)가 분열(proliferation)을 반복하며 점차 신경세포...
    Date2018.07.10 By생명과학과 Views1722
    Read More
  20. 이용현 (바이오나노의약 연구실, 전상용 교수님)

    <항암제가 로딩된 바이오틴-빌리루빈 나노약물전달시스템의 항암효능 메커니즘> 1. 배경지식 종양미세환경은 암발생 및 발달, 약물 저항성, 면역억제 그리고 암전이에 있어서 중요한 역할을 하고 있음이 많은 연구결과를 통해...
    Date2018.07.04 By생명과학과 Views2177
    Read More
Board Pagination Prev 1 2 3 4 Next
/ 4