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[2015 국내 바이오 성과 Top 5 선정] POSTECH 황철상 교수
"아세틸화/N-말단 규칙에 의한 혈압 조절인자 Rgs2 분해 과정 규명"

Control of mammalian G protein signaling by N-terminal acetylation and the N-end rule pathway
Science, 347 (6227): 1249-1252 (2015)

인터뷰 내용

- 선정된 연구성과의 내용 및 의의
- 해당 분야의 최신 연구 흐름
- 함께 진행한 연구진 소개
- 앞으로의 연구 방향과 계획
- 연구주제에 대한 선택과 아이디어를 어떻게 얻으시는지?
- 과학자로서 아쉬운 점이나 개선에 관한 의견?
- 학생/후학들을 위한 조언
- 그 외의 말씀 또는 바람

황철상 교수 약력 (PDF파일)

황철상 교수

선정된 연구성과의 내용과 의의는 무엇인가요?

Rgs2 단백질은 G-단백질 신호 전달 과정을 차단함으로써 우리 몸의 혈압을 감소시키는데, 우리는 이번 연구를 통해 Rgs2 단백질이 N-말단 규칙 경로 중 하나인 아세틸화/N-말단 규칙 경로에 의해 분해된다는 것을 처음 발견하였습니다. N-말단 단백질 분해 규칙 경로는 N-말단 아미노산 잔기가 일종의 단백질 분해 신호(N-말단 분해 신호)로 작용하여 단백질을 분해하는 과정입니다. 이 N-말단 규칙 경로는 일반적으로 단백질의 N-말단 아세틸화를 인식하는 아세틸화/N-말단 규칙 경로와 아세틸화되지 않은 N-말단의 특정 아미노산 잔기를 인식하는 아르기닐화/N-말단 규칙 경로로 구성되어 있습니다.

이번 연구는 크게 두 가지의 의의를 가진다고 봅니다. 첫 번째는 우리가 효모에서 처음 발견하여 2010년 ‘사이언스’지에 보고한 아세틸화/N-말단 단백질 분해 규칙을 휴먼 세포에서도 규명하였다는 점입니다. 특히, 휴먼 단백질의 ~90%가 N-말단 아세틸화되어 있기 때문에 외부 환경이나 생리적인 조건에 따라 거의 모든 단백질들이 아세틸화/N-말단 분해 규칙의 타깃이 될 수 있습니다. 두 번째는 Rgs2 단백질의 세포 내 발현 수치가 혈압 조절에 매우 중요하기 때문에, 아세틸화/N-말단 분해 규칙을 이해하고 제어함으로써 혈압 이상으로 발병하는 고혈압이나 심혈관 질환을 치료하거나 극복할 수 있는 새로운 실마리를 제공해 줄 수 있다는 점입니다.

해당 연구분야의 최신 연구의 흐름은 어떤가요?

효모에서 발견한 아세틸화/N-말단 단백질 분해 규칙의 후속연구를 통해, 우리는 아세틸화/N-말단 규칙이 단순한 퀄리티 조절을 넘어 단백질 복합체 형성 시 소단위체의 화학정량 조절에도 중요함을 2013년에 규명하였습니다 (Shemorry A et al, Mol Cell). 또한, 2014년에는 N-말단 메티오닌 단백질 분해 신호 연구로 아세틸화/N-말단 규칙과 아르기닐화/N-말단 규칙의 상호 보완작용을 처음 밝혀내었습니다 (Kim HK et al, Cell). 이번 연구를 통해서는 아세틸화/N-말단 규칙을 휴먼세포에서 처음 확립한 동시에, 혈압 조절인자인 Rgs2 단백질의 분해 과정을 자세히 규명하였습니다 (Park SE et al, Science). 현재 아세틸화/N-말단 규칙에 대한 중요성에 대한 인식과 새로운 연구결과들이 점차 증가하고 있으며, 최근에는 식물에서의 스트레스나 면역반응 그리고 단백질 퀄리티 조절에도 N-말단 아세틸화 분해 신호가 관여되어 있음이 보고되었습니다.

함께 진행한 연구진의 소개를 부탁합니다.

공동주저자인 김정목 박사는 효모 및 생화학 기반의 실험을 주로 담당하였고, 박상은 연구원과 다른 공동저자들은 세포 배양 실험을 수행하였습니다. 또한, 칼텍의 바르샤브스키 교수와 실험방향 설정 및 논문작성을 함께 진행하였습니다.

김정목 박사(좌), 황철상 교수(가운데), 박상은 연구원(우)
사진1. 김정목 박사(좌), 황철상 교수(가운데), 박상은 연구원(우)

현재 해당 연구분야의 한계는 무엇인지, 향후 연구방향과 계획이 궁금합니다.

아세틸화/N-말단 규칙 경로는 2010년 효모에서 처음 발견된 이후 2015년에 휴먼 세포에서 처음 규명된, 단백질 분해 연구의 새로운 분야입니다. 따라서 참고할만한 기존 연구 결과들이나 로드맵 자체가 없기 때문에, 분명하면서도 새로운 연구 성과를 만들어 내기까지 상당한 시간과 노력이 필요합니다. 앞으로 아세틸화/N-말단 규칙 연구에 있어, N-말단 아세틸화의 구성 성분 동정 및 정량법 개발, 인식 도메인 발굴 및 3D 구조 결정을 기반으로 정상적 혹은 병리학적인 상태에서의 아세틸화/N-말단 규칙 조절 네트워크 및 기전을 규명하려고 합니다. 또한 동물모델을 이용하여 아세틸화/N-말단 규칙의 생물학적 기능과 질병과의 연관성을 밝히고, 더 나아가 아세틸화/N-말단 규칙을 제어함으로써 각종 만성 질환이나 난치성 질병을 극복할 수 약물이나 치료법 개발에 대한 가능성을 모색하려고 합니다.

평소 연구주제에 대한 선택과 아이디어를 어떻게 얻으시는지?

지금은 아르기닐화/N-말단 규칙으로 명명된 기존의 N-말단 규칙 경로는 유비퀴틴에 의한 단백질 분해 경로 중에서 가장 처음 발견된 단백질 분해경로입니다. 이 N-말단 규칙은 N-말단 잔기의 특성에 따라 단백질의 수명이 결정되기 때문에, 지난 30년 동안 N-말단의 첫 번째 아미노산에 의한 단백질 분해에 연구 초점이 대부분 맞춰져 있었습니다. 이 아르기닐화/N-말단 규칙을 5년 정도 연구하던 중, 첫 번째가 아닌 두 번째 잔기도 단백질의 수명에 영향을 미칠 수 있을 것이라는 생각을 하게 되었고, 자세한 연구를 통해 두 번째 아미노산이 단백질의 N-말단 아세틸화를 통해 단백질의 수명을 결정한다는 아세틸화/N-말단 규칙을 발견하게 되었습니다. 아세틸화/N-말단 규칙을 발견했을 당시, 고혈압 환자에서 발견되는 Rgs2 단백질의 수명이 두 번째 아미노산의 종류에 의해 영향을 받는다는 논문을 우연히 읽게 되면서 아세틸화/N-말단 규칙이 휴먼에서도 존재한다는 생각을 가지게 되었습니다. 이를 바탕으로 새로 발견한 아세틸화/N-말단 규칙을 휴먼 세포에서 연구하여 혈압조절에 중요한 Rgs2 단백질의 분해 과정을 규명할 수 있게 되었습니다.

과학자로서 연구활동 중 아쉬운 점이나 우리의 연구환경 개선에 관한 의견이 있으시다면?

선도적이고 모험적인 연구를 수행하며 세계적인 연구 그룹들과 경쟁하기 위해서는 어느 정도 규모가 있는 연구비의 장기적인 지원뿐 아니라, 뛰어난 연구성과를 지속적으로 이룩할 수 있는 전문연구원들의 육성이 중요합니다. 따라서 전문연구원들에 대한 직업 전문성 교육 강화와 더불어 실질적인 생활 지원 방안을 국가적인 차원에서 마련했으면 합니다.

같은 분야를 연구하려는 학생/후학들에게 도움이 되는 말씀을 부탁드립니다.

현재의 유행이나 남의 말을 쫓아다니느라, 본인의 신념이나 열정이 가리키는 방향을 애써 무시하지 말고, 스스로 확신을 갖고 그 열정을 가장 잘 발휘할 수 있는 연구 분야와 멘토를 선택하시길 바랍니다.

그 외 추가하고 싶은 말씀 또는 바람이 있다면?

세상에 쉬운 연구는 없습니다! 주어진 연구주제를 항상 깊이 생각하고, 논문을 열심히 읽으며, 최선을 다해 실험 하십시오. 적어도 연구에 있어 행운은 노력 위에서만 필 수 있는 꽃입니다.

연구실 구성원들
사진2. 연구실 구성원들



< 2015 국내 바이오 연구성과 Top 5's는 아이셀, 아벨바이오, 솔젠트(주), 국가생명연구자원정보센터의 후원으로 진행되었습니다. >

관련 사이트 : 2015 국내 바이오 성과ㆍ뉴스 Top 5's, 한빛사 등록 논문, 보도자료

인터뷰에 응해주신 황철상 교수님께 감사의 말씀을 드립니다...BRIC

  
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