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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. 이용현 (바이오나노의약 연구실, 전상용 교수님)

    <항암제가 로딩된 바이오틴-빌리루빈 나노약물전달시스템의 항암효능 메커니즘> 1. 배경지식 종양미세환경은 암발생 및 발달, 약물 저항성, 면역억제 그리고 암전이에 있어서 중요한 역할을 하고 있음이 많은 연구결과를 통해...
    Date2018.07.04 By생명과학과 Views2310
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  2. 정영석 (시스템신경과학 연구실, 정민환 교수님)

    1. 배경지식 해마는 우리 뇌의 대뇌 피질 안쪽, 내측 측두엽에 위치하는 뇌 구조로 새로운 사실을 학습하고 기억하는 데에 중요한 뇌로 알려져 있습니다. 해마가 손상이 되면 새로운 정보를 기억하지 못하게 되는 데, 실제로 치매환자들의 ...
    Date2018.07.04 By생명과학과 Views1771
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  3. 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...
    Date2018.07.04 By생명과학과 Views2209
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  4. 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 Views2310
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  5. 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 Views2828
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  6. 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 Views2208
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  7. 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 Views5145
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  8. 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 Views2946
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  9. 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 Views2727
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  10. 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 Views3577
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  11. 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 Views2494
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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 기전...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views1945
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  13. 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 Views2701
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  14. 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 Views3052
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  15. 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 Views1951
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  16. 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 Views2306
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  17. 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 Views4222
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  18. 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 Views2466
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  19. 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 Views1825
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  20. 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 Views1856
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