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 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 그 기능을 조절하려는 연구가 진행되었으나, 이 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 할 수 있는 단백질 설계기술을 개발하였습니다. 다양한 표적에 결합하는 LRR 단백질을 대상으로 설계기술을 적용한 결과 기대한 대로 각 각의 표적에 대한 결합력을 빛을 이용하여 효과적으로 조절할 수 있는 단백질을 성공적으로 개발함으로써 본 설계기술이 광범위하게 활용할 수 있음을 확인하였습니다. 특히, 빛에 의해 상피세포 성장인자 수용체 (epithelial growth factor receptor, EGFR)에 대한 결합력 조절이 가능한 단백질을 개발하고 이를 이용하여 세포 내 EGFR 신호 전달을 빛으로 조절 할 수 있음을 증명하였습니다.

 

4. 후속

   이번 연구에서 개발한 설계 기술을 이용하여 다양한 세포 신호전달을 조절할 수 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 수 있도록 지도해주신 김학성 교수님께 진심으로 감사드립니다. 또한 함께 연구를 수행하신 최정민 박사님과 연구를 진행하면서 많은 도움을 준 경현호 박사님, 최윤주 박사님께도 감사드립니다.