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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2010-05-14
- 조회9,930
Science, Vol. 328. no. 5979, pp. 760 - 763 | DOI: 10.1126/science.1187722
Dynamic Ca2+-Dependent Stimulation of Vesicle Fusion by Membrane-Anchored Synaptotagmin 1
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
신경세포에서의 신호전달은 신경세포외의 칼슘이온이 세포내로 유입되면 신경세포 말단에 존재하는 신경신호전달물질을 함유하고 있는 synaptic vesicle이 신경세포 말단과 융합하면서 이루어지고 (이 과정을 synaptic vesicle fusion이라고 함), 그 속도는 수밀리초에 이를 정도로 매우 빠르게 발생하고 있습니다. 이러한 synaptic vesicle fusion은 많은 단백질들에 의해 정교하게 조절되고 있는 것으로 알려져 있습니다. Synaptic vesicle fusion에서 현재 활발히 연구가 이루어지고 있는 단백질들은 SNARE proteins가 있으며 저희 논문에서 다루고 있는 synaptotagmin 1이 있습니다. 이 단백질들중 synaptotagmin 1은 칼슘이온센서로 알려져 있기 때문에 더욱 중요성이 대두되고 있습니다.
그러나 이러한 중요성에도 불구하고 기존의 방법을 이용한 in vitro assay를 통하여 synaptotagmin 1의 기능을 규명한 많은 논문들의 경우 synaptotagmin 1이 막단백질이지만 실험적인 한계때문에 soluble 상태의 synaptotagmin 1을 이용하거나, 실제 신경세포내에서 발생하는 synaptic vesicle fusion을 일으키는 칼슘이온농도보다 매우 높은 농도에서 fusion이 유도된다고 보고하고 있었습니다. 일부 연구그룹에서는 막단백질상태의 synaptotagmin 1을 이용하였지만 오히려 칼슘이온이 존재하는 조건에서 synaptotagmin 1에 의한 fusion이 저해되는 연구결과를 보고했습니다. 이와 같은 연구 결과는 실제 신경세포에서 발생하는 synaptic vesicle fusion을 설명하기에는 부족한 부분이었습니다.
본 연구그룹은 위와 같은 문제를 해결하기 위해서 기존 in vitro assay 방법과는 차별화된 single vesicle fusion 기법 (그림 참조)을 이용하였으며, 막단백질 상태의 synaptotagmin 1을 이용했습니다. 그 결과, 본 논문을 통해 synaptotagmin 1이 단순히 칼슘농도에 의존하여 fusion을 유도하는 것이 아니라 특정 칼슘이온농도에서는 fusion을 유도하기도 하며 특정 칼슘이온 농도이상에서는 fusion을 저해하는 흥미로운 결과를 도출할 수 있었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
저는 현재 KAIST 물리학과 및 자연과학 연구소에서 Post-Doc.으로 근무하고 있으며, 본 연구는 KAIST 물리학과 초미세 신경생물물리 연구실에서 진행되었습니다. 연구실의 Lab. Head는 윤태영 교수이시며, HHMI의 하택집 교수 연구실에서 Post-Doc.으로 연구를 했으며 2007년도에 KAIST에 임용되었습니다.
본 연구실은 신경세포 내에서 발생하는 synaptic vesicle fusion을 조절하는 막단백질의 기능을 전반사 현미경과 형광프렛 기법을 이용하여 단분자 수준에서 관찰하고 규명하는 연구를 진행되고 있으며 단분자 형광프렛 기법에 magnetic tweezer를 결합하여 막단백질의 dynamics를 추적하는 연구도 동시에 진행하고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
생물학인 전공이 저로서는 처음에 물리학과 생물학의 융합인 생물물리 분야에 도전하는 것이 쉽지는 않았습니다. 특히 물리학적인 접근을 통해서 생물학적인 현상을 규명한다라는 개념이 잘 이해가 되지 않았지만 시간이 지남에 따라 생물물리학적인 접근방법이 기존의 생물학적 현상을 좀 더 깊이있고 다양하게 이해할 수 있도록 도와준다는 것을 느꼈습니다.
또한 새로운 분야에서의 경험이 기존에 제가 가지고 있었던 생물학적인 선입견을 깰 수 있어서 조금 더 넓어진 시야로 연구를 진행할 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
생물물리 분야, 특히 생체고분자의 dynamics를 단분자 수준에서 관찰하고 규명하는 분야는 현재 가장 선도적인 분야이며 전세계적으로 학문간의 융합이 활발히 이루어지고 있는 트렌드에 비추어보아 발전 가능성이 매우 큰 분야입니다.
물론 선도적인 분야이기 때문에 해결해야 할 부분이 많고 큰 위험이 따르지만 그만큼 혁신적이고 새로운 결과물이 나올 수 있는 분야이기 때문에 이 분야에 도전하고자 하는 분들에게 연구업적에 있어서 터닝포인트가 될 수 있는 기회를 제공할 수 있을 것이라 믿습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
Single vesicle fusion 기법은 기본적으로 막단백질의 기능을 효과적으로 관찰하고 규명할 수 있는 방법입니다. 일반적으로 막단백질의 연구는 막단백질이 가지고 있는 고유한 특성때문에 연구가 어려운 점이 있었지만 본 기법은 이러한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 장점이 있습니다.
막단백질은 최근 질병치료를 위한 치료제 개발에 있어 타깃물질로 각광을 받고 있고 세포간의 통신에 있어서도 외부환경과 가장 처음에 접촉이 일어나는 생체고분자입니다. 따라서 막단백질을 타깃으로 하는 신약 개발을 위한 high throughput개념의 스크리닝 시스템 및 세포간의 통신을 생체밖에서 모사하는 in vitro cell-cell signaling 기법을 개발하고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
본 연구를 시작하고 마무리를 잘할수 있도록 제 옆에서 묵묵히 힘이 되어준 제 아내에게 감사하다라는 말을 전하고 싶습니다. 그리고 제 딸 다인이에게도 고맙다라는 말을 하고 싶습니다.
최근 국내에서 이공계 기피현상이 심각하고 해외로 국내 실력파 과학자들이 외국으로 빠져나가고 있는 현실이 국내에서 연구에 전념하고 있는 수많은 국내 과학자들이나 예비과학자들에 실망감을 주고 있는 것 같습니다. 최근 국가차원에서 바이오 분야의 사기진작을 위하여 많은 투자를 하고 있지만 현장에서는 아직도 부족한 점이 많은 것 같습니다. 보다 적극적이고 많은 투자를 부탁드리겠습니다.
신경세포에서의 신호전달은 신경세포외의 칼슘이온이 세포내로 유입되면 신경세포 말단에 존재하는 신경신호전달물질을 함유하고 있는 synaptic vesicle이 신경세포 말단과 융합하면서 이루어지고 (이 과정을 synaptic vesicle fusion이라고 함), 그 속도는 수밀리초에 이를 정도로 매우 빠르게 발생하고 있습니다. 이러한 synaptic vesicle fusion은 많은 단백질들에 의해 정교하게 조절되고 있는 것으로 알려져 있습니다. Synaptic vesicle fusion에서 현재 활발히 연구가 이루어지고 있는 단백질들은 SNARE proteins가 있으며 저희 논문에서 다루고 있는 synaptotagmin 1이 있습니다. 이 단백질들중 synaptotagmin 1은 칼슘이온센서로 알려져 있기 때문에 더욱 중요성이 대두되고 있습니다.
그러나 이러한 중요성에도 불구하고 기존의 방법을 이용한 in vitro assay를 통하여 synaptotagmin 1의 기능을 규명한 많은 논문들의 경우 synaptotagmin 1이 막단백질이지만 실험적인 한계때문에 soluble 상태의 synaptotagmin 1을 이용하거나, 실제 신경세포내에서 발생하는 synaptic vesicle fusion을 일으키는 칼슘이온농도보다 매우 높은 농도에서 fusion이 유도된다고 보고하고 있었습니다. 일부 연구그룹에서는 막단백질상태의 synaptotagmin 1을 이용하였지만 오히려 칼슘이온이 존재하는 조건에서 synaptotagmin 1에 의한 fusion이 저해되는 연구결과를 보고했습니다. 이와 같은 연구 결과는 실제 신경세포에서 발생하는 synaptic vesicle fusion을 설명하기에는 부족한 부분이었습니다.
본 연구그룹은 위와 같은 문제를 해결하기 위해서 기존 in vitro assay 방법과는 차별화된 single vesicle fusion 기법 (그림 참조)을 이용하였으며, 막단백질 상태의 synaptotagmin 1을 이용했습니다. 그 결과, 본 논문을 통해 synaptotagmin 1이 단순히 칼슘농도에 의존하여 fusion을 유도하는 것이 아니라 특정 칼슘이온농도에서는 fusion을 유도하기도 하며 특정 칼슘이온 농도이상에서는 fusion을 저해하는 흥미로운 결과를 도출할 수 있었습니다.
그림. Single vesicle fusion 기법
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
저는 현재 KAIST 물리학과 및 자연과학 연구소에서 Post-Doc.으로 근무하고 있으며, 본 연구는 KAIST 물리학과 초미세 신경생물물리 연구실에서 진행되었습니다. 연구실의 Lab. Head는 윤태영 교수이시며, HHMI의 하택집 교수 연구실에서 Post-Doc.으로 연구를 했으며 2007년도에 KAIST에 임용되었습니다.
본 연구실은 신경세포 내에서 발생하는 synaptic vesicle fusion을 조절하는 막단백질의 기능을 전반사 현미경과 형광프렛 기법을 이용하여 단분자 수준에서 관찰하고 규명하는 연구를 진행되고 있으며 단분자 형광프렛 기법에 magnetic tweezer를 결합하여 막단백질의 dynamics를 추적하는 연구도 동시에 진행하고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
생물학인 전공이 저로서는 처음에 물리학과 생물학의 융합인 생물물리 분야에 도전하는 것이 쉽지는 않았습니다. 특히 물리학적인 접근을 통해서 생물학적인 현상을 규명한다라는 개념이 잘 이해가 되지 않았지만 시간이 지남에 따라 생물물리학적인 접근방법이 기존의 생물학적 현상을 좀 더 깊이있고 다양하게 이해할 수 있도록 도와준다는 것을 느꼈습니다.
또한 새로운 분야에서의 경험이 기존에 제가 가지고 있었던 생물학적인 선입견을 깰 수 있어서 조금 더 넓어진 시야로 연구를 진행할 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
생물물리 분야, 특히 생체고분자의 dynamics를 단분자 수준에서 관찰하고 규명하는 분야는 현재 가장 선도적인 분야이며 전세계적으로 학문간의 융합이 활발히 이루어지고 있는 트렌드에 비추어보아 발전 가능성이 매우 큰 분야입니다.
물론 선도적인 분야이기 때문에 해결해야 할 부분이 많고 큰 위험이 따르지만 그만큼 혁신적이고 새로운 결과물이 나올 수 있는 분야이기 때문에 이 분야에 도전하고자 하는 분들에게 연구업적에 있어서 터닝포인트가 될 수 있는 기회를 제공할 수 있을 것이라 믿습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
Single vesicle fusion 기법은 기본적으로 막단백질의 기능을 효과적으로 관찰하고 규명할 수 있는 방법입니다. 일반적으로 막단백질의 연구는 막단백질이 가지고 있는 고유한 특성때문에 연구가 어려운 점이 있었지만 본 기법은 이러한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 장점이 있습니다.
막단백질은 최근 질병치료를 위한 치료제 개발에 있어 타깃물질로 각광을 받고 있고 세포간의 통신에 있어서도 외부환경과 가장 처음에 접촉이 일어나는 생체고분자입니다. 따라서 막단백질을 타깃으로 하는 신약 개발을 위한 high throughput개념의 스크리닝 시스템 및 세포간의 통신을 생체밖에서 모사하는 in vitro cell-cell signaling 기법을 개발하고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
본 연구를 시작하고 마무리를 잘할수 있도록 제 옆에서 묵묵히 힘이 되어준 제 아내에게 감사하다라는 말을 전하고 싶습니다. 그리고 제 딸 다인이에게도 고맙다라는 말을 하고 싶습니다.
최근 국내에서 이공계 기피현상이 심각하고 해외로 국내 실력파 과학자들이 외국으로 빠져나가고 있는 현실이 국내에서 연구에 전념하고 있는 수많은 국내 과학자들이나 예비과학자들에 실망감을 주고 있는 것 같습니다. 최근 국가차원에서 바이오 분야의 사기진작을 위하여 많은 투자를 하고 있지만 현장에서는 아직도 부족한 점이 많은 것 같습니다. 보다 적극적이고 많은 투자를 부탁드리겠습니다.
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