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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 허우성
논문 Woosung Heu*, Jung Min Choi*, Hyun-Ho Kyeong, Yoonjoo Choi, Hee Yeon Kim, and Hak-Sung Kim (2018) Repeat Module-Based Rational Design of a Photoswitchable Protein for Light-Driven Control of Biological Processes. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. (*contributed equally) doi: 10.1002/anie.201803993
한줄요약 LRR 단백질 기반으로 합리적 설계를 통해 광스위치 단백질 개발 및 이를 이용한 세포 신호전달 조절
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1. 배경지식

   빛을 이용한 세포의 다양한 신호전달 조절은 물리, 화학적 방법보다 침습적이고 빠르기 때문에 세포 기능 연구에 매우 효과적으로 활용될 있습니다. 그러나, 지금까지는 주로 자연에 존재하는 스위치 단백질에 의존하였기 때문에 많은 한계가 있었습니다. 특히, 이들 단백질을 각각의 신호전달 시스템에 맞도록 재설계해야 하는 복잡하고 힘든 과정으로 인해 실제 응용에 많은 제한이 있었습니다. 이를 극복하기 의해 최근에는 합성된 광스위치 분자를 단백질에 결합시켜 빛에 따라 기능을 조절하려는 연구가 진행되었으나, 경우도 빛에 따라 스위치처럼 작동하는 단백질의 설계 방법이 단백질 종류에 따라 다르고 복잡하여 활용에 한계가 있었습니다.


 

2. 질문

   우리는 복잡한 설계가 필요없이 광범위하게 사용 가능한 광스위치 단백질을 개발하고자 했습니다.


 

3. 발견

   우리는 Leucine-rich repeat( LRR)모듈로 구성된 반복 단백질을 바탕으로 구조 생물학과 분자동력학(molecular dynamics) 모델링을 이용하여 광스위치 분자를 반복 모듈사이에 결합시켜 접합면을 가역적으로 변형시킴으로써 궁극적으로 표적에 대한 결합력을 빛으로 조절 있는 단백질 설계기술을 개발하였습니다. 다양한 표적에 결합하는 LRR 단백질을 대상으로 설계기술을 적용한 결과 기대한 대로 각의 표적에 대한 결합력을 빛을 이용하여 효과적으로 조절할 있는 단백질을 성공적으로 개발함으로써 설계기술이 광범위하게 활용할 있음을 확인하였습니다. 특히, 빛에 의해 상피세포 성장인자 수용체 (epithelial growth factor receptor, EGFR) 대한 결합력 조절이 가능한 단백질을 개발하고 이를 이용하여 세포 EGFR 신호 전달을 빛으로 조절 있음을 증명하였습니다.


 

4. 후속

   이번 연구에서 개발한 설계 기술을 이용하여 다양한 세포 신호전달을 조절할 있는 광스위치 단백질을 개발하는 연구를 진행하고자 합니다.


 

5. 소감

   설계 기술을 개발하기 위해 다양한 분야의 연구자분들과 함께 연구하였고 좋은 결과를 얻었습니다. 다양한 분야의 연구에 관심을 가지고 의견을 나누는 것이 연구를 진행하는데 매우 중요한 부분이라고 느꼈습니다.


 

6. 기타

   연구가 마무리될 있도록 지도해주신 김학성 교수님께 진심으로 감사드립니다. 또한 함께 연구를 수행하신 최정민 박사님과 연구를 진행하면서 많은 도움을 경현호 박사님, 최윤주 박사님께도 감사드립니다.



  1. 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 Views184
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  2. 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 Views189
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  3. 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 Views353
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  4. 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 Views468
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  5. 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 Views721
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  6. 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...
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  7. 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...
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  8. 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 Views2306
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  9. 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 Views1868
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  10. 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...
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  11. 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...
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  12. 장진호 (신경회로망 연구실, 한진희 교수)

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  13. 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 ...
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  14. 엄승민 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

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  15. 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...
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  16. 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...
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  17. 정영석 (시스템신경과학 연구실, 정민환 교수님)

    1. 배경지식 해마는 우리 뇌의 대뇌 피질 안쪽, 내측 측두엽에 위치하는 뇌 구조로 새로운 사실을 학습하고 기억하는 데에 중요한 뇌로 알려져 있습니다. 해마가 손상이 되면 새로운 정보를 기억하지 못하게 되는 데, 실제로 치매환자들의 ...
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  18. 민지연 (분자세포 면역학 연구실, 강석조 교수님)

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    1. 배경지식 세포 내외의 신호 전달 체계를 조절하는 것은 세포 및 단백질의 기능을 이해하는 기초적인 연구 및 질병 치료제를 개발하는데 있어서 매우 중요한 부분을 차지하고 있습니다. 현재까지는 세포 내로 진입하는 방법에 어려움이 있기 때문...
    Date2018.05.21 By생명과학과 Views2013
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    <Rad5의 DNA replication fork reversal 모델> 1. 배경지식 다양한 DNA lesion은 replication fork를 stall할 수 있습니다. 이러한 stalling은 genome의 instability 와 cell death를 일으킬 수 있기 때문에, stalled replica...
    Date2018.05.14 By생명과학과 Views2447
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