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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 손유경
논문 Jeong-Hyun Ryou*, Yoo-kyoung Sohn*, Dong-Gun Kim, Hyun-Ho Kyeong, Hak-Sung Kim (2018); "Engineering and cytosolic delivery of a native regulatory protein and its variants for modulation of ERK2 signaling pathway," Biotechnol. Bioeng. 115 (4): 839-849
한줄요약 기존 조절 단백질의 새로운 디자인과 세포 내로의 전달을 통한 효과적인 ERK2 신호 전달 체계 조절
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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 때문에 기존의 기초 연구 및 치료제 개발은 주로 세포 밖에 존재하는 수용체 (Receptor)들을 중심으로 이루어졌습니다. 그러나 세포 내에는 수많은 신호 전달 체계 단백질들이 존재하고, 이러한 단백질들을 특이적으로 표적하는 것이 치료제 개발에 있어서 큰 관심을 받고 있습니다.

 

2. 질문 

   세포 내 존재하는 신호 전달 체계 단백질에 대해 특이적으로 결합하며, 고효율로 세포 내로  전달될 수 있는 단백질을 새롭게 개발하고자 하였습니다.


3. 발견 

   표적 단백질인 ERK2 에 특이적으로 강하게 결합하는 단백질을 디자인하기 위하여 기존의 ERK2 negative regulatory protein이라고 알려진 PEA-15 보다 표적 단백질에 더 높은 결합력으로 결합하는 PEA-16이라는 단백질을 Directed Evolution 전략을 기반으로 새롭게 개발하였습니다.  이렇게 디자인된 PEA-16 이라는 단백질은 기존의 PEA-15보다 830배 이상의 높은 결합력을 가지는 것을 알 수 있었습니다.

   또한, 개발한 PEA-16을 세포 내로 효과적으로 전달하고자 박테리아 독소 단백질을 기반으로 한 세포 내 단백질 전달 시스템과 융합하였습니다. 이는 고 효율로 암 세포에 특이적으로 단백질을 전달할 수 있다는 것을 증명하였으며, 암 세포로 전달된 단백질은 ERK2 신호 전달 체계를 효과적으로 조절할 수 있으며 암 세포 사멸 할 수 있음을 확인하였습니다. 더 나아가, 범용성을 높이기 위하여 EGFR overexpression하는 암 세포에도 PEA-16을 전달하는 연구를 진행한 결과, 다양한 암 세포에도 효과적으로 전달되어 ERK2 관련 신호 전달 체계를 조절할 수 있음을 발견하였습니다. , 새롭게 개발한 단백질이 새포 내 전달 시스템과 융합되어 효과적으로 암 세포의 신호 전달 체계를 조절할 수 있으며 세포 사멸 효과까지 갖는 다는 것을 보여주었습니다.

 

4. 후속 

   암 세포 실험 (in vitro) 결과를 바탕으로 하여, 암 세포가 존재하는 질병 마우스 (in vivo)에서도 암 세포의 신호 전달 체계를 효과적으로 조절하여 암 세포의 사멸 효과를 갖는지를 확인하기 위한 연구를 계획 중에 있습니다.


5. 소감

   기존에 존재하는 단백질보다 훨씬 더 좋은 efficacy를 갖는 단백질을 개발하게 되어 같이 고생했던 저희 팀 구성원 모두 기분이 좋았던 기억이 납니다. 팀 구성원들과 함께 고생하며 진행했던 연구라서 더 뜻깊은 연구였던 것 같습니다.


6. 기타

   끊임없는 지도를 해주신 김학성 교수님께 감사드리며, 같이 연구를 수행했던 유정현 박사님, 그리고 연구를 마무리할 수 있게 도와준 김동건 학생과 경현호 박사님께 감사의 마음을 표합니다.



  1. 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 증가하고 있습니다. 그러나 현재까지...
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    < 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) > 1. 배경지식 Histon...
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  5. 유다슬이 (바이오이미징 & 광유전학 연구실, 허원도 교수님)

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  6. 서예지 (바이오이미징&광유전학 연구실, 허원도 교수님)

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  7. 김성수(바이오이미징&광유전학 연구실, 허원도 교수님)

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     <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 위해서는 두 뉴런의 신경 ...
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  11. 신왕용 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

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    배경지식 동물들은 미각 이외에도 체내에 영양분을 인지할 수 있는 신경세포들을 가지고 있습니다. 이러한 영양분 인지 신경세포들은 대략 60 년 전에 전기생리학자들에 의해서 처음으로 발견되었습니다. 꽤 오래전에 발견 되었음에도 이들 신경세포들의 생물...
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  16. 김재현(감각처리 연구실, 이승희 교수님)

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  17. 이승준_(분자신경생물학 연구소, 김은준 교수님 )

    1. 배경지식 자폐증(자폐 스펙트럼 장애, Autism spectrum disorders)은 뇌 발달장애의 한 종류로서, 세계 인구의 약 2%가 앓고 있습니다. 사회성 및 인지능력 저하가 주요 증상으로 꼽히지만 정확한 메커니즘은 알려지지 않았습니다. 이전에 저희 연구실에서...
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    배경 지식 RNA 전사에 관련된 연구는 그동안 RNA polymerase가 주로 이동하는 방향이자 protein-coding 유전자 발현에 해당하는 sense 전사에 집중되어 있었습니다. 하지만 시퀀싱 기술의 발달로, 게놈의 상당 부분에서 반대 방향의 전사, 즉 antisense 전사...
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    질문 한정된 공간인 세포핵 안에서 분해되지 않는 단백질을 세포는 어떻게 처리할까? 발견 세포핵에서 잘 분해되지 않는 전사인자 단백질인 OTX2가 세포핵 돌출 소막에 쌓여 세포질의 리소좀(lysosome)으로 이동하는 새로운 세포 내 단백질 이동 경로를 규명...
    Date2024.02.22 By생명과학과 Views19
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