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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 유이슬
논문 Yiseul Ryu*, Jung Ae Kang*, Dasom Kim, Song-Rae Kim, Seungmin Kim, Seong Ji Park, Seung-Hae Kwon, Kil-Nam Kim, Dong-Eun Lee, Joong-jae Lee, and Hak-Sung Kim (2018) Programed Assembly of Nucleoprotein Nanoparticles Using DNA and Zinc Fingers for Targeted Protein Delivery. Small, 10.1002/smll.201802618 in press (*contributed equally)
한줄요약 특이적인 단백질과 DNA의 상호작용을 이용한 핵단백질 나노 입자 개발 및 이의 표적 단백질 전달체 로의 응용 연구
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<합리적 설계가 가능한 핵단백질 나노 입자와 암세포로의 표적화 치료 단백질 전달>



1. 배경지식

   지난 십년 다양한 질병의 진행과 관련한 분자적 기작에 대한 연구 결과가 나오면서 세포 외부에 존재하는 생체 분자뿐만 아니라, 세포 내부의 다양한 분자들이 약물이 작용하는 표적으로 알려지고 있습니다. 따라서 이를 표적으로 하는 분자 화합물과 더불어 최근에는 특이성이 매우 우수한 생물학적 제재인 단백질 의약품이 각광을 받고 있습니다. 그러나 단백질은 세포막 투과에 한계가 있기 때문에 이를 세포 내로 효과적으로 전달하는 기술 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 중에서도 나노 입자를 이용한 전달 기술은 목적에 맞는 다양한 기능을 갖게 있다는 점을 포함한 여러 장점 때문에 차세대 약물 전달체로서 여러 가지 제작 방법들이 제시되고 있습니다 


2. 질문

   생체 분자인 DNA 단백질의 특이적인 상호작용을 이용해서 초분자 나노 구조체를 형성하고 이를 세포 단백질 전달로의 응용이 가능할 것인가?


3. 발견

     1) 이전 연구에서 진행했던 DNA 징크 핑거 단백질 간의 서열 특이적인 결합을 이용하여 나노 입자 클러스터를

         제작한 것을 바탕으로 이번 연구에서는 나노 입자를 중심으로 하고 표면에 특이적 결합체인 핵단백질

         구조체를 코팅함으로써 안정적으로 나노입자, DNA 단백질로 구성된 초분자 복합체를 제작하였습니다.

     2) 특히 특이적 결합은 DNA 결합 단백질인 징크 핑거 단백질과 특이적 DNA 서열을 매치 시킴으로써 연구에서

      는 2종류의 결합 쌍을 사용하여 세포 표적화 물질과 전달할 단백질 탑재를 합리적 설계를 통해 나노 구조체의

         원하는 곳에 있었으며 탑재 개수 또한 DNA 서열의 조절을 통해 조절이 가능하였습니다.

     3) 제작된 핵단백질 나노 입자는 독성 단백질을 탑재하였을 세포 수준 동물 모델에서 선택적 독성을 나타냄을

      확인하였습니다


4. 후속

    핵단백질 나노 입자를 세포 내로 전달하였을 , 어떠한 세포 루트에 의해 탑재 단백질이 효능을 나타내는지에 대해 추가적인 연구가 필요합니다. 또한 범용성을 확인할 있는 목적으로 같은 DNA-단백질 상호작용을 이용하지만 지금과 다른 디자인 방법으로 다른 단백질을 전달할 있는 가능성이 있는지에 대한 연구가 필요합니다.


5. 소감

   핵단백질 나노 입자를 이용한 연구는 원래 단백질 전달에의 응용이 아니라 다른 목적으로 응용하기 위해 아이디어를 내고 개발되었습니다. 하지만 원래 계획했던 실험이 실패하게 되면서 이를 다른 용도로 연구를 시작하게 것이 논문입니다. 처음 아이디어를 냈던 시기부터 논문이 마무리가 되기까지 오랜 시간이 걸렸는데 그래도 마무리가 되어 기쁩니다.


6. 기타

   비록 실험이 실패했지만 다시 아이디어가 사장되지 않고 다른 연구로 응용 발전될 있게 옆에서 많은 조언과 실험으로 도와준 남편 이중재 박사에게 고마움을 표하고 싶습니다. 또한 실험실을 떠난 이후에도 논문이 마무리될 있게 도와주신 지도교수님이신 김학성 교수님께 감사 드립니다. 그리고 새로운 곳에서 다시 세팅하여 실험 여러가지로 많은 도움을 주신 다른 논문 저자 분들께 감사드립니다.


  1. 민지연 (분자세포 면역학 연구실, 강석조 교수님)

    <그림. 염증반응에 의한 두 종류의 CD64+ 염증성 수지상 세포의 분화 및 역할> 1. 배경지식 림프절(lymph node)은 항원 등의 외부 침입에 대응하는 면역 반응을 조절하는 매우 중요한 조직입니다\. 이 림프절 내에 존재하는 면역 세포들의 시...
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  2. 정영석 (시스템신경과학 연구실, 정민환 교수님)

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  3. 이용현 (바이오나노의약 연구실, 전상용 교수님)

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  4. 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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  5. 엄승민 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

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  6. 조혜연 & 김무준 (신경회로망 연구실, 한진희 교수)

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  7. 장진호 (신경회로망 연구실, 한진희 교수)

     <그림> 전두엽-편도체 뇌신경회로는 포식자 냄새에 대한 생쥐의 본능적 공포 반응을 조절한다. 1. 배경지식 “공포 반응”은 사람과 동물이 위험한 상황에서 다치는 것을 막아주고 생존할 확률을 높여주는 유익한 생물학적 ...
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  8. 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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  9. 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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  10. 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 ...
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  11. 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...
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    <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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  13. 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 Views1196
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  14. 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 ...
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  15. 유병준 (바이오나노의약 연구실, 전상용 교수님)

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    Date2019.01.09 By생명과학과 Views1263
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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...
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     <RNF20/40에 의한 열충격유전자 발현 조절 메커니즘> 1. 배경지식 진핵생물에서 DNA는 히스톤 단백질과 함께 ‘뉴클레오좀’이라는 단위로 존재합니다. 히스톤에는 Methylation, Acetylation, Phosphorylation, Ubiquityla...
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  18. 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...
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  19. 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 Views790
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  20. 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 Views878
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