1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

유전 정보를 저장하고 세대 간 전달을 담당하는 핵심 생체분자인 DNA는 다양한 내·외부 요인에 의해 끊임없이 손상을 입습니다. 이러한 DNA 손상이 적절히 복구되지 않고 축적되면 암이나 신경계 질환 등 심각한 질환을 유발하게 됩니다. 이에 생명체는 다양한 복구 경로를 진화시켜 왔으며, 특히 세포당 하루 10,000건 이상 발생하는 빈번한 염기 변형(Base modification)을 정교하게 해결하는 '염기 절단 복구(BER, Base Excision Repair)' 경로가 필수적입니다. 이 BER 경로에서 APE1은 복구 과정을 총괄하는 핵심 마스터 조절 단백질(Master regulator)로 작용합니다. APE1의 기능 이상은 다양한 암종 및 신경퇴행성 질환과 직결되며, 최근에는 BRCA1/2, ATM kinase 등과의 합성치사(Synthetic lethality) 관계를 활용한 표적 항암제 연구로도 큰 주목을 받고 있습니다.

이처럼 중요한 역할에도 불구하고, 그동안 APE1이 세포핵 내에서 손상 DNA를 인지하고 절단(nick 형성)하는 분자 수준의 구체적인 작동 원리는 베일에 싸여 있었습니다.

이에 저희 연구팀은 카이스트 이광록 교수 연구팀, 고등과학원 유제중 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 APE1의 핵심 작동 기전을 세계 최초로 규명했습니다. 특히 APE1이 손상 부위를 탐색하는 과정에서 마그네슘 이온이 결정적인 역할을 수행하며, N-터미널의 비정형 단백질 부위(IDR)가 DNA와의 상호작용을 주도한다는 사실을 확인했습니다.

카이스트 이광록 교수팀은 단분자 형광 분석법(smFRET)을 통해 짧은 DNA 상에서의 APE1 작동 기전을 미세하게 파악했고, 저희 연구팀은 단분자 DNA 커튼(DNA curtain) 기술을 활용해 긴 DNA 환경 속 전반적인 APE1의 동역학적 거동을 추적했습니다. 여기에 고등과학원 유제중 교수팀의 분자동역학 시뮬레이션(MD simulation)이 더해져 APE1의 물리적인 움직임을 최종 증명해낼 수 있었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

본 연구는 KAIST 이광록 교수님 연구실, UNIST 이자일 교수님 연구실, 고등과학원의 유제중 교수님 연구실의 공동연구로 진행되었습니다.

저희 유니스트 이자일 교수님 연구실은 단분자 이미징 및 생화학적 기법을 통해 암, 유전 질환, 노화의 원인이 되는 DNA 대사 기전을 연구합니다. 특히 DNA 손상 복구와 크로마틴 다이나믹스를 분자 수준에서 규명하는 데 주력하고 있습니다.

세포핵 내부의 복잡한 환경은 시공간적 한계로 인해 세포 내에서 직접 정밀 관찰하기가 어렵습니다. 이를 극복하고자 저희 연구실은 단백질 정제 및 생화학적 기법을 통해 생체 외 (in vitro) 환경에서 단백질의 특성을 파악하고, 'DNA 커튼'이라는 생물리학적 기법을 통해 단백질들의 상호작용을 실시간 분자 단위로 관찰합니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

이번 연구를 통해 처음으로 여러 연구팀과 공동 연구를 수행하게 되었습니다. 혼자 연구를 했을 때보다 같이 고민하고, 문제를 풀어가는 과정이 있어서 재미있게 연구할 수 있었습니다. 제 실험 결과가 다른 연구팀과 상응하는 결과를 보였을 때, 큰 보람과 안도감을 느낄 수 있었습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

서로 많은 논의가 필요하다고 생각합니다. 실험 일정, 내용과 결과, 해석까지 많은 논의가 이루어질수록 연구가 좋은 방향으로 간다고 생각합니다.
건강 챙기시길 바랍니다. 디스크 조심하시고요. (멀티비타민, 비타민C 메가도스, 오메가-3…).

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재 해외 포닥을 나가기 위해 준비하고 있습니다. 새로운 연구주제, 기법을 가지고 DNA repair 혹은 암치료에 관한 연구를 진행하고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

항상 열정적으로 도와주시는 이자일교수님 감사드립니다. 같이 연구하면서 큰 도움을 주신 이광록 교수님, 유제중 교수님께 감사드리며, 이동훈 박사님과 조경필 선생님도 감사의 말씀을 전합니다.
같이 연구실에서 동고동락하며 열심히 연구하는 랩실 동료분들께도 감사드리며, 앞으로도 부단히 노력해서 좋은 소식 들려주시면 좋겠습니다.