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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 정현진
논문 Hyunjin Jung, Seong-Wook Kim, Minsoo Kim, Jongryul Hong, Daseuli Yu, Ji Hye Kim, Yunju Lee, Sungsoo Kim, Doyeon Woo, Hee-Sup Shin, Byung Ouk Park & Won Do Heo. Noninvasive optical activation of Flp recombinase for genetic manipulation in deep mouse brain regions (2019). Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-018-08282-8. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30659191)
한줄요약 쥐 머리에 LED빛을 줘서 유전자 발현을 제어하고 행동변화를 유도하다


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<광활성 Flp 개발마우스 머리에 LED 비추어 유전자 발현을 조절함>


1. 배경지식

   유전자 기능 연구를 수행하는데 있어 가장 일반적인 방법인 유전자 변형 실험모델을 만드는 것은 많은 시간, 비용, 노력 등이 소요됩니다. 연구를 수행하는데 있어 필요한 실험 조건과 기초 환경을 유지시키는데도 현실적 제약이 발생합니다. 연구는 광활성 Flp 개발하고 이를 쥐의 뇌에 적용하는 과정을 거쳤습니다. 이를 유전자 변형 실험모델의 제작 없이 합성 바이러스(recombinant virus) 플라스미드 (plasmid) 살아있는 실험동물에 유전자 전달을 하고 빛을 조사하는 방식으로 매우 쉽고 빠르게 유전자 발현 조절 시스템을 구현할 있습니다.


2. 질문

  쥐의 뇌에 최소한의 손상을 주면서 유전자 발현을 시간적 또는 공간적으로 조절할 있는 쉽고 직관적이면서 새로운 기술적 측면을 연구에서 제시하고 싶었습니다.


3. 발견

  살아 있는 쥐의 뇌에 빛에 반응하여 유전자 조작을 일으키도록 엔지니어링한 단백질을 발현시킨 실생활에서 흔히 이용하는 LED 광원 (백색 또는 청색 모두 가능) 쥐의 두개골과 피부가 보존된 채로 (비침습성) 조사했을 때에도 유전자 발현을 조절할 있는 기술임을 처음으로 보여주었습니다. 기술을 이용하여 뇌의 깊은 조직까지 비침습성 방식으로 LED 빛을 조사하여 T-type 칼슘 채널의 발현을 억제함으로써 쥐의 물체 탐색 능력을 증가시킴을 보여주었습니다.


4. 후속

  이번 연구에서 제시된 광활성 Flp 보다 개량할 있는 방법이 있음을 알게 되었습니다. 기술을 활용하여 이번 논문에서 제시된 연구방향 외에도 분열. 분화하는 세포를 추적하는 기술로서도 사용할 있을 것으로 기대합니다.


5. 소감

  연구자로서 항상 겸허한 마음을 잃지 말아야 겠다고 생각이 듭니다. 제가 디자인하고 예측한 것이 실제로 구현되는 경우도 있었지만 그렇지 않은 경우가 많았고, 특히 살아있는 생명체에서는 세포 배양 수준에서의 특성과 다른 단백질의 활성이 보이는 경우도 관찰하였습니다. 생명체에 내재되어 있는 예외성과 다양성을 지닌, 그러나 질서 정연한 항구적 법칙이 존재함은 놀라운 일입니다. 이를 연구해 많은 과학자들의 업적도 놀랍습니다. 이를 이해하기에 턱없이 부족한 저의 지성의 한계를 많이 느낍니다. 그러나, 특정 분야에서 오랫동안 깊히 연구를 하다보면 자신만의 독특한 색깔로 과학의 역사에 기여할 있지 않을까 합니다.


6. 기타

  오랜 시간 KAIST 생명과학과에 있으며 많은 기회와 배움의 시간을 지도록 주신 허원도 교수님과 항상 많이 도와주고 격려해준 멤버들에게 감사의 말씀을 드립니다. 후배님들께 드리고 싶은 말은 비록 몸과 마음이 가난한 대학원생일지라도 KAIST에서 연구할 있는 기회가 누구에게나 주어지는 것이 아니라는 것을 기억하셨으며 하고, 국가와 이곳에 함께 계신 분들께 감사하는 마음을 가진다면 훌륭한 연구를 하실 것이라 생각합니다.



  1. 신왕용 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    <Grin2b 점돌연변이 생쥐의 비정상적 전기생리학적 특징과 특정시기의 NMDAR 활성을 통한 이상 회복> 1. 배경지식 소단위 단백질 GluN2B를 포함하고 있는 NMDA 수용체는 시냅스 장기 약화 (Long-term depression) 등 시냅스 가소성에 중...
    Date2020.05.29 By생명과학과 Views509
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  2. 박하람 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    1. 배경지식 시냅스는 다양한 단백질의 집합체입니다. 시냅스의 정상발달을 위해서는 단백질들이 적재적소에 발현하여 단백질간의 적절한 상호작용이 있어야합니다. 시냅스 형성 초기에 이와 같은 중요한 역할을 하는 단백질에는 시냅스...
    Date2020.04.30 By생명과학과 Views640
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  3. 송유향, 황양선 (감각처리연구실, 이승희 교수님)

     <소마토스타틴 (SST)의 작용 메커니즘을 나타낸 모식도 (좌)와 소마토스타틴 처리에 의한 시각 인지 능력 향상 효과(우)> 1. 배경지식 소마토스타틴은 시상 하부에서 뇌하수체 성장 호르몬의 분비를 억제하는 신경펩타이드로 처...
    Date2020.04.30 By생명과학과 Views597
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  4. 김경덕 (시냅스 뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     <전시냅스 단백질PTPσ에 의한 NMDA 수용체 안정성 조절 > 1. 배경지식 시냅스는 3,000 개 이상 종류의 단백질이 적절한 위치에 적절한 양 만큼 위치해야 제대로 기능할 수 있는 대단히 복잡한 구조체입니다. 시냅스가 형성되기 위해서...
    Date2020.03.18 By생명과학과 Views1066
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  5. 김성수(바이오이미징&광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    그림1. monSTIM1의 활성화 개념 그림설명(좌), 빛 세기에 대한 세포 내 칼슘 활성도(우) 그림2. 비침습적 광조사를 받고 있는 쥐 (좌), 빛 자극에 따른 칼슘 신호 마커, c-Fos발현 (우) <빛의 민감도를 증가시킨 monSTIM1의 활성화를 통한 ...
    Date2020.02.03 By생명과학과 Views1257
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  6. 서예지 (바이오이미징&광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    <그림. 1> Graphical Abstract: 광유도 TrkB 수용체의 국소활성화를 통한 신경세포의 극성화 <그림. 2> 광유도 TrkB 수용체의 국소활성화에 의한 액틴파 형성 및 축삭 단백질의 축적 1. 배경지식 신경세포는 발달...
    Date2019.12.26 By생명과학과 Views1411
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  7. 유다슬이 (바이오이미징 & 광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    <그림 1> 항체조각과 Optobody 모식도 <그림 2> 광활성화된 항체에 의한 항원의 비활성 및 기능 억제 1. 배경지식 항체는 면역반응의 핵심 물질이며 질병 치료제로도 사용 중에 있습니다. 항체를 직접적인 질병 치료...
    Date2019.12.26 By생명과학과 Views1374
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  8. 김기정 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

    <알데히드-알코올 탈수소효소의 구조 및 기능적 연구 > 1. 배경지식 박테리아에 널리 보존되어 있는 알데히드-알코올 탈수소효소(AdhE)는 발효과정에 관련된 효소이다. 알데히드-알코올 탈수소효소는 두 개의 도메인, 알데히드 탈수소효소와 알코...
    Date2019.10.21 By생명과학과 Views1693
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  9. 신왕용 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     < NMDAR 활성을 통한 NGL-3 돌연변이 생쥐의 비정상적 행동과 전기생리학적 특징 회복 > 1. 배경지식 시냅스는 신경계의 가장 작으면서도 핵심적이고 기능적인 요소로 신경세포 간의 정보전달에 필수적인 구조입니다. 시냅스는 이온통...
    Date2019.06.11 By생명과학과 Views2875
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  10. 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 Views2943
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  11. 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 Views2478
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  12. 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 Views2789
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  13. 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 Views2234
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  14. 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 Views2937
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  15. 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 Views1870
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  16. 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 Views2453
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  17. 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 Views2894
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  18. 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 Views2774
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  19. 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 Views2461
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  20. 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 Views2546
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