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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. 정지혜(시스템 및 합성생물학 연구실, 조병관 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 단감의 경우 실제로 수확 후, 2주 후부터 연화가(물러짐) 진행되어 1달이 지나면 대부분의 단감이 연화되어 먹을 수 없습니다. 이렇듯 단감이 상품성을 가질 수 있는 기간은 한정적 임에도 불구하고, 단감을 재...
    Date2018.01.08 By생명과학과 Views2945
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  2. 유다영(동물세포공학 연구실, 이균민 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 현재 mammalian 세포에서 생산되는 단백질 의약품의 70%는 Chinese hamster ovary (CHO) 세포를 이용합니다. Glutamine synthetase (GS) / Methionine sulfoximine (MSX) 시스템은 CHO 세포에서 단백질 생산을 ...
    Date2018.01.29 By생명과학과 Views8521
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  3. 신정환(시스템신경과학 연구실, 정민환 교수님)

      ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 기저핵은 신경계에서 대표적으로 강화학습과 수의적인 운동에 중요한 부위로 알려져 있습니다. 강화학습이란 예측한 기대치 (Expected value)와 실제 결과 (Outcome)의 차이 (Reward prediction err...
    Date2018.01.29 By생명과학과 Views5910
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  4. 송요셉(시스템 및 합성 생물학 연구실, 조병관 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 화석연료는 에너지 연료로만 사용되는 것이 아니고, 정유시 발생하는 석유화학제품도 제약, 섬유 산업 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 화석연료 고갈 문제 및 사용시 발생하는 환경문제를 해결하기 ...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views3109
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  5. 변현종(카이스트 부설 한국과학영재학교 미생물공학실, 안정훈 교수님) - 카이스트 생명과학과 학부생

     ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 타입 I 분비 시스템(T1SS) 중 “폴리펩타이드를 수송하는 ABC 수송체”들의 단백질 분비 특성에 관해 연구한 논문입니다. 우리는 Pseudomonas fluorescens 박테리아가 보유한 ABC 수송체인 “TliDEF계”를 모델 시...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views3200
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  6. 이민지(바이오이미징/광유전학 실험실, 허원도 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 세포는 외부 환경으로부터 오는 변화를 수용체를 통해서 인식하고, 그 신호를 세포 내부로 전달하는데, 이를 통해서 세포 내에서 여러 기능들이 조절됩니다. 이러한 수용체 중 TGF-β receptor는 TGF-β와 결합하...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views4045
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  7. 정선혜(세포분열분화발생 실험실, 임대식 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Non-Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD, 비알콜성지방간)/ Non-Alcoholic Steatohepatitis (NASH, 비알콜성지방간염)은 이름 그대로 알코올섭취와 상관없이 생기는 지방간 또는 지방간염으로서, 비만인구 ...
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  8. 서호규(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Proteasome은 이름에서도 알 수 있듯이 수십 개의 단백질들로 구성되어 있는 복합체로서 세포 내 단백질들을 분해하는 기능으로 잘 알려져 있습니다. 체내 전체 단백질의 1%를 혼자 담당할 정도로 매우 많은 pr...
    Date2018.03.13 By생명과학과 Views3390
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  9. 서호규(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요 이 논문은 제 직전 논문의 후속 연구논문입니다. 이전 논문에서 Proteasome이 fission yeast centromere에서 heterochromatin spreading을 막는 새로운 기능이 있다는 것을 밝혔고, 이번 논문에서는 이러한 prot...
    Date2018.03.13 By생명과학과 Views3113
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  10. 박세근, 정용철, 김대건(행동유전학 실험실, 김대수 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 사람과 동물은 생존을 위한 먹이나 유용한 자원을 획득하기 위해 호기심을 갖고 다양한 사물을 탐색한다. 동물이 유용한 자원 혹은 먹이를 확보하려는 것은 생존을 위한 강력한 욕구이다. 인간은 이러한 욕구를 ...
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  11. 김태묵(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

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    Date2018.04.23 By생명과학과 Views4683
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  12. 최원영(분자종양유전학 연구실, 임대식 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Hippo pathway의 effector protein인 YAP과 TAZ의 활성이 직접적으로 위암을 일으킬 수 있다는 것을 동물(마우스)모델로 증명하고, 분자적으로는 YAP activation이 MYC을 upregulation 하는 기전을 통해 암이 발...
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  13. 문경환(신경발생학 연구실, 김진우 교수님)

     <Nf2는 각 구획의 세포분열 속도를 조절하는 스위치> 1. 연구를 시작한 계기 : 신경섬유종증을 앓고 있는 환자 중 많은 수가 안과 관련 질환을 가지고 있습니다. 이번 연구는 신경섬유종증의 원인이 되는 Nf2 유전자 돌연변이가 어떤 기작으로 안과 질환을 ...
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  14. 황순규(시스템 및 합성생물학 연구실, 조병관 교수님)

    그림. 트랜스포존 시퀀싱 기법을 이용한 pyruvate transporter 유전자 기능 규명 1. 배경지식 Pyruvate 은 생명체에서 탄소원으로부터 에너지를 얻는 과정인 Central carbon metabolism 에서 glycolysis 와 TCA cycle 의 중간 단계 물질로, 다양한 세포 내 대...
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  15. 김륜희(시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 뇌가 정상적으로 기능하기 위해선 다양한 molecular process를 통해 neuronal synapse가 잘 발달 되어야 합니다. 특히나, presynapse와 postsynapse 사이의 adhesive contact은 매우 중요한 단계이며 이 과정에 시냅스 ...
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  16. 김태윤(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 현재 사용되고 있는 대부분의 질병 치료제들은 항체에 기반하고 있습니다. 그러나 이러한 항체 기반의 치료들은 제작이 어려우며 제조비용도 매우 높습니다. 그래서 이러한 항체들을 대신할 단백질 기반의 치...
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  17. 노수민(동물세포공학 실험실, 이균민 교수님)

    <GS/MSX시스템을 이용해서 바이오의약품 생산세포주를 만드는 과정> 1. 배경지식 바이오 의약품 (치료용 단백질, 재조합 단백질)을 생산하고자 할 때, 간단한 모양을 가진 단백질은 미생물이나 효모에서도 생산이 가능하지만 복잡한 형태의 단백질 의약품은 ...
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    <표적 특이적 유전자 전달 복합체의 구성 및 유전자 전달> 1. 배경지식 기존의 유전자 전달체는 바이러스성과 비바이러스성 전달체로 구분할 수 있습니다. 바이러스성 전달체는 높은 형질 발현율을 보이는 반면, 면역원성에 의한 안전성 문제를 갖고 있습니다...
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  19. 현광범(진핵세포 전사 연구실, 김재훈 교수님)

    <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 replication forks를 reactivation하는 ...
    Date2018.05.14 By생명과학과 Views5220
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  20. 손유경(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    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 때문에 기존의 ...
    Date2018.05.21 By생명과학과 Views3757
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