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BioWave  Vol. 19 No. 6 등록 2017.06.07 
전남대학교 시스템생물학 연구실 박춘구 교수
연구실 홈페이지
실험실 소개  
분자, 세포, 조직, 기관, 생물 그리고 생태계는 큰 시스템을 이루는 중요한 요소입니다. 또한, 그 요소들 간의 상호작용과 네트워크는 ‘진화(Evolution)’를 통해서 설명되고 있습니다.

‘시스템생물학’은 이러한 생물학적 요소들과 그들 사이의 상호작용과 네트워크를 이해하는 것을 궁극적인 목표로 하는 학문의 한 분야 입니다. 시스템생물학은 의학과 신약개발 그리고 첨단생물학과 같은 분야들의 중심에서 많은 연구주제들을 이끌어 가고 있으며, 여러 분야에서 이러한 시스템 수준에서의 연구에 대한 중요성이 날이 갈수록 대두되고 있습니다. 이러한 연구를 위하여, 우리는 상호작용하는 구성요소들의 특징을 정량적으로 측정하고 유전체학, 전사체학, 후성유전체학, 단백질체학, 역동적인 특성을 예측하기 위한 생물정보학 모델과 같은 체계적인 측정기술들을 사용합니다.

최근 우리 연구실에서 흥미를 가지고 가장 중점적으로 연구하고 있는 분야는 컴퓨터프로그래밍을 기반으로 한 분자진화학과 해양생물에서의 multi-omics 정보들을 기반으로 한 시스템생물학 연구입니다.

Lab_intro

연구내용  
1. Computational evolutionary genomics and comparative biology
Evolutionary biology과 Computational genomics 두 분야가 접목된 Computational evolutionary genomics는 자연적 유전체 다양성, 집단 유전체학, 유전체의 구조, 기능, 유전체의 조직화와 발현, 비교유전체학, 단백질체학, 환경 내 유전적 상호작용 등을 종합적으로 고려하여 진화에 대한 사실을 새롭게 발견하는 최첨단의 복합연구분야 입니다.

현재 유전체의 진화, 유전자 발현의 진화 그리고 돌연변이율의 진화 등에 대한 이슈는 많은 연구가 되었지만, 가장 중점을 두어 연구가 필요한 분야는 유전자와 환경의 상호작용과 유전자 발현의 진화, 수렴 진화 그리고 적응에 대한 연구입니다. 이에 착안하여 저희 연구실 에서는 다양한 생물군의 중요 유전자군의 진화, Gene duplication, Gene expression 등이 어떻게 변화해 왔는지를 Genomics 데이터를 기반으로 연구를 수행하고 있습니다. 이는 Genomics의 가장 궁극적인 목표 중 하나인, Genome-level 에서의 생물의 진화를 설명할 수 있는 기반을 마련하는 연구가 될 것입니다.

Computational evolutionary genomics and comparative biology

2. Marine invertebrate genomics
해양생물은 지구에 살고있는 모든 생물의 다양성 중 약 80%에 달하는 높은 생물다양성을 가지고 있습니다. 이러한 다양성에서 미루어 볼 수 있듯이, 해양생물이 가지는 생명현상은 예측조차 할 수 없을만큼 무궁무진하며 그 연구가치 또한 날이 갈수록 증가하고 있습니다. 저희 연구실은 최근 생물학 전분야에 걸쳐서 응용되고 있는 NGS데이터를 이용하여 여러가지 해양생물들의 유전자, 유전체 그리고 후성유전체를 탐구하기 위한 연구에 중점을 두고 있습니다.

세포생물학의 혁명을 이끈 GFP 단백질을 해파리에서 발견하였던 것처럼 해양생물의 유전체를 연구하고 각각의 유전체가 가지는 특이적인 유전자들을 연구, 비교하여 해양생물의 다양한 생명현상을 이해하는 것에 궁극적인 목표를 두고 있습니다.

그 예로, 유전체 서열의 해독과, Whole genome DNA methylation 연구, 전사체 비교분석 연구, 유전체 구조적 특성 연구 등을 수행하고 있으며 그에 필요한 생물정보학 분석 tool 개발 또한 함께 진행하고 있습니다.

Marine invertebrate genomics

3. Genome instability and genomic/epigenomic variation
유전체 불안정성이란 생명체 내의 유전체서열 또는 구조의 변화로 인해 나타나는 분자수준의 이상을 의미합니다. 유전체 불안정으로 인하여 많은 암이 발생되고 있으며, 그에 대한 연구를 통해 여러가지 암을 조기진단하기 위한 마커를 찾거나 암을 유발시키는 원인이 무엇인지를 파악하는 것은 암정복연구에 많은 도움을 줄 것입니다. 진화적인 관점에서 유전체불안정은 생명체에게 큰 해를 입히지만, 면역항체 다양성과 같은 특정상황에서는 이러한 불안정이 이롭게 작용하기도 합니다. 다르게 말하면, 유전체 내에서 복제, 수선, 분리 등의 결함이 없는 유전자부위와fragile site, highly transcribed region과 같이 변화가 자주 일어나는 chromosomal hotspots사이의 적절한 균형은 유전체의 진화에 있어서 중요한 역할을 수행합니다. 본 연구실은 유전체불안정을 불러 일으키는 유전체의 구조, 기능, 진화 등을 체계적으로 연구하기 위한 프로젝트를 담당하여 많은 연구를 수행하고 있습니다.

4. Bio Big-data driven systems biology
21세기 ‘정보화시대’에 걸맞게 생물학에서도 생명현상을 연구하는 데 있어 정보력이 중요해지고 있습니다. Genome, Transcriptome, Proteome, Metabolome, Interactome 등 여러가지 해가 지날수록 Omics 데이터들이 쏟아지고 있고 그를 담고 있는 데이터베이스 또한 기하급수적으로 늘어나고 있습니다.

저희 연구실은 이러한 Bio big-data 즉, Multi-omics 기반의 데이터들을 생산하고 수집하여 그 데이터들의 상호작용을 연구하고 있으며, 이를 기반으로 생물학의 새로운 관점을 제시하기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 접근방식은 Cancer, Aging, Neuronal disease, Population genetics, Conservation biology, Molecular ecology 등 대부분의 생물학 연구분야에 응용이 가능하며, 그 잠재력 또한 무궁무진 할 것입니다.

Bio Big-data driven systems biology

연구성과  
2013년 이후 대표논문

  • J. Jo, H. Choi, SG. Lee, JS. Oh, HG. Lee, C. Park (2017)
    Draft genome sequences of Pseudoalteromonas tetraodonis CSB01KR and Pseudoalteromonas lipolytica CSB02KR, isolated from the gut of the sea cucumber Apostichopus japonicas.
    Genome Announcements, (in press)

  • Yang, J.-R., C. J. Maclean*, C. Park*, H. Zhao*, and J. Zhang (2017)
    Intra- and inter-specific variations of gene expression levels in yeast are largely neutral.
    Mol. Biol. Evol., [* Equal contributions], (in press)

  • Kim, B., Jo, J., Han, J., Park, C., Lee, H. (2017)
    In silico re-identification of properties of drug target proteins.
    BMC Bioinformatics, (In press)

  • Nam DH, Lee HA, Kim EB, Kim GJ, Kim ES, Park C, Sung HC, Lee DH (2017)
    Complete mitochondrial genome of a treefrog, Hyla sp. (Anura: Hylidae).
    Mitochondrial DNA Part B, 2(1):221-222

  • Kim J, Kern E, Kim T, Sim M, Kim J, Kim Y, Park C, Nadler SA, Park JK (2017)
    Phylogenetic analysis of two Plectus mitochondrial genomes (Nematoda: Plectida) supports a sister group relationship between Plectida and Rhabditida within Chromadorea.
    Mol Phylogenet Evol., 107:90-102

  • #J. Jo, #J. Oh, HG. Lee, HH. Hong, SG. Lee, S. Cheon, E. Kern, S. Jin, SJ. Cho, JK. Park, C. Park (2017)
    Draft genome of the sea cucumber Apostichopus japonicus and genetic polymorphism among color variants.
    GigaScience, #Equal contributors, 6(1):1-6

  • HH. Hong, HG. Lee, J. Jo, H. Kim, SM. Kim, J. Park, C. Jeon, HS Kang, M. Park, C. Park and K. Kim (2016)
    The exceptionally large genome of the harmful red tide dinoflagellate Cochlodinium polykrikoides Margalef (Dinophyceae): determination by flow cytometry.
    ALGAE, 31(4):373-378

  • Kim KT, Kim N, Kim HK, Lee H, Gruner HN, Gergics P, Park C, Mastick GS, Park HC, Song MR (2016)
    ISL1-based LIM complexes control Slit2 transcription in developing cranial motor neurons.
    Sci Rep., 7(6):36491

  • H-T. Ceong, C. Park (2016)
    Enzyme Metabolite Analysis Using Assoication Rules Mining.
    Journal of the KIECS, 11(10):969-982

  • Kim, Y., J. Yang, C. Park, S. Kim, M. Kim, M. Shin, Y. Woo (2016)
    A novel PIGA mutation in a family with X-linked, early-onset epileptic encephalopathy.
    Brain and Development, 38(8):750-4

  • Jo, J., J. Park, HG. Lee, E. M.A. Kern, S. Cheon, S. Jin, JK. Park, SJ. Cho, C. Park (2016)
    Comparative transcriptome analysis of three color variants of the sea cucumber Apostichopus japonicus.
    Marine Genomics, 28:21-24

  • Lee JH., C. Park, SH. Kim, MG. Shin (2016)
    A Novel KIT INDEL Mutation in Acute Myeloid Leukemia With t(8;21)(q22;q22); RUNX1-RUNX1T1.
    Ann Lab Med., 36(4):371-374

  • Gazi, M., J. Kim, M. Garcia-Varela, C. Park, D. Littlewood, JK. Park (2016)
    Mitogenomic phylogeny of Acanthocephala reveals novel Class relationships.
    Zoologica Scripta, 45(4):437-454

  • #HG. Lee, #J. Jo, HH. Hong, KK. Kim, JK. Park, SJ. Cho, C. Park (2016)
    State-of-the-art housekeeping proteins for quantitative western blotting: Revisiting the first draft of the human proteome.
    Proteomics, #Equal contributors, 16(13):1863-1867

  • Kim, Y., T. Nam, C. Park, S. K. Kim, W. Yoon, S. Choi, M. Kim, Y. J. Yoo (2016)
    Familial pachygyria in both genders related to a DCX mutation. Brain and Development.
    Brain and Development, 38(6):585-589

  • Jo, J., C. Park, M. Kim, C. Park (2016)
    Phylogenetic analysis of the three color variations of the sea cucumber Apostichopus japonicus.
    J Aquac Res Development, 7(418):

  • Kim, N., C. Park, Y. Jeong, MR. Song (2015)
    Functional diversification of moter neuron-specific isl1 enhancers during evolution.
    PloS Genet., 11(10):e1005560

  • Guo, X., D. Zhao, D. Jung, Q. Li, G. Ni, T. Nakano, A. Matsukuma, S. Kim, C. Park, HJ. Lee, JK. Park (2015)
    Phylogeography of the Rock Shell Thais clavigera (Mollusca): evidence for long-distance dispersal in the Northwestern Pacific.
    PloS One, 10(7):e0129715

  • Kim, J., SH. Lee, M. Gazi, T. Kim, D. Jung, JY. Chun, S. Kim, TK. Seo, C. Park, J. Baldwin, S. Nadler and J. Park (2015)
    Mitochondrial genomes advance phylogenetic hypotheses for Tylenchina (Nematoda: Chromadorea).
    Zoologica Scripta, 44(4):446-462

  • Wolf, G., P. Yang, A. Fuchtbauer, E. Fuchtbauer, A. Silva, C. Park, W. Wu, A. Nielsen, F. Pedersen, T. Macfarlan (2015)
    The KRAB zinc finger protein ZFP809 is required to initiate epigenetic silencing of endogenous retroviruses.
    Genes & development, 29(5):538-554

  • Kim, T., J. Kim, S. Cho, G. Min, C. Park, R. Carreno, S. Nadler and J. Park (2014)
    Phylogeny of Rhigonematomorpha based on the complete mitochondrial genome of Rhigonema thysanophora (Nematoda: Chromadorea).
    Zoologica Scripta, 43(3):289-303

  • Park, C., X. Chen, J-R. Yang, and J. Zhang (2013)
    Differential requirements for mRNA folding partially explain why highly expressed proteins evolve slowly.
    PNAS, 110(8):E678-E686

  •  
    멤버사진
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      지도교수: 박춘구

     Postdoctoral Fellow : 박아론
     Integrated Ph.D. Student : 조지훈, 홍현희
     Ph.D. Student : 오주성
     Undergraduate Student : 천성민, 이성권

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