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. 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 ...
    Date2018.01.08 By생명과학과 Views1770
    Read More
  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 CH...
    Date2018.01.29 By생명과학과 Views5084
    Read More
  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 ...
    Date2018.01.29 By생명과학과 Views3883
    Read More
  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 사...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views1836
    Read More
  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 수...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views1809
    Read More
  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-...
    Date2018.02.05 By생명과학과 Views2436
    Read More
  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 생기...
    Date2018.03.05 By생명과학과 Views4171
    Read More
  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 혼...
    Date2018.03.13 By생명과학과 Views2289
    Read More
  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,...
    Date2018.03.13 By생명과학과 Views1933
    Read More
  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. 인...
    Date2018.03.19 By생명과학과 Views3026
    Read More
  11. 김태묵(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Next-Generation sequencing(NGS) 기술로 인해 최근 수년간 대규모의 Sequencing 데이터가 쌓여가고 있습니다. 많은 생물학을 연구하는 연구원들께서 이미 공개된 수많은 데이터를 ...
    Date2018.04.23 By생명과학과 Views2664
    Read More
  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 기전...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views1922
    Read More
  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 기작으...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views2480
    Read More
  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 ...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views3536
    Read More
  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 ...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views2702
    Read More
  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...
    Date2018.05.09 By생명과학과 Views2918
    Read More
  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 형태...
    Date2018.05.09 By생명과학과 Views5047
    Read More
  18. 김종원(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    <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, 면역...
    Date2018.05.14 By생명과학과 Views2184
    Read More
  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 replica...
    Date2018.05.14 By생명과학과 Views2795
    Read More
  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 때문...
    Date2018.05.21 By생명과학과 Views2289
    Read More
Board Pagination Prev 1 2 3 4 Next
/ 4