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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
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- 등록2016-09-05
- 조회10,720
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Published online before print August 22, 2016 | doi: 10.1073/pnas.1605844113
Autophagy and ubiquitin–proteasome system contribute to sperm mitophagy after mammalian fertilization
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
부모로부터 동일하게 유전되는 유전형질과는 다르게, 대부분의 종에서 미토콘드리아 (mitochondria)는 모계(maternal inheritance)를 통해 후대에 유전 됩니다. 미토콘드리아가 전적으로 어머니로부터 유전되는 이유는 정자(sperm)와 난자(oocyte)가 만나 수정란(embryo/zygote)을 형성할 시기에 정자에서 유래한 미토콘드리아는 제거되고 난자가 가지고 있는 미토콘드리아만 남아 후대에 전해지 기 때문입니다.
지도교수님이신 Dr. Peter Sutovsky는 정자에서 유래한 미토콘드리아가 어떤 메카니즘에 의해서 제거 되는지 연구하기 시작하였고, 1999년도에 정자내의 미토콘드리아의 제거가 ubiquitin-proteasome system이 관련한다는 결과를 Nature (Sutovsky et al. 1999, Nature 25:371-2)에 발표하였습니다. 최근 이 주제의 연구가 활발히 진행되어, 2011년도에 Caenorhabditis elegans (C. elegans)에서 정자내 미토콘드리아가 autophagy에 의해 제거되는 연구결과가 Science (Al Rawi S et al. 2011, 334(6059):1144-1147; Sato M & Sato K, 2011, 334(6059): 1141-1144)에 두편의 논문이 동시에 실리면서 hot topic으로 떠올랐습니다. 그 후 2013년도에 mice에서 autophagy가 정자내 미토콘드리아 제거에 관여하지 않음을 PNAS (Luo SG et al. 2013, 110(16):6334-6339)에 발표하면서, C. elegans 논문과 정반대의 결과가 발표되었고, 뒤따라 2014년도에 Drosophila에서 정자내 미토콘드리아가 autophagy와 endocytic pathway에 의해서 제거됨이 Developmental cell (Politi Y et al. 2014, 29(3):305-320)에 발표되었습니다.
초기의 연구를 통해서, ubiquitin-proteasome system이 정자 미토콘드리아 제거에 관여하는 것을 알았지만, 하나의 protein molecule을 제거하는 proteasome이 어떻게 전체 미토콘드리아 제거할 수 있는지 의문을 가졌고, lysosome-like structure가 정자내 미토콘드리아 주변에 존재하는 것을 확인하고 lysosome을 매개하는 autophagy pathway가 연관되어 있음을 연구하기 시작하였습니다.
이번 논문에서 저희는 돼지난자와 정자를 이용해 수정란 발달초기에 정자내 미토콘드리아가 ubiquitin-proteasome system과 autophagy에 의해서 제거되는것을 보여주었습니다. 정자와 난자가 수정되기 전, 정자내 미토콘드리아는 정자형성 과정동안 이미 ubiquitination되고 수정후에 ubiquitination된 미토콘드리아가 VCP (valosin-containing protein)의 역활로 외막의 단백질들이 proteasome에 의해 proteolysis되고, 동시에 ubiquitination된 미토콘드리아 전체가 p62/SQSTM1에 매개되어 autophagosome에 둘러 쌓이면서 autophagy에 의해 제거됨을 알 수 있었습니다. 정자내 미토콘드리아가 수정란 발달 초기에 제거되지 않을 경우, 정자와 난자 모두에서 유래한 미토콘드리아가 존재하게 되어 (heteroplasmy), 생식능력에 영향을 미치게되고 경우에 따라 미토콘드리아 관련된 질병이 나타날 수 있습니다. 정자내 미토콘드리아의 제거와 미토콘드리아의 모계유전 메카니즘을 이해하는 것은 학문적인 관심뿐만 아니라 실제적인 human clinic, fertility 접근을 이해하는데 중요하다고 생각합니다. 예를 들어, 사람 및 동물에서 사용하고있는 assisted reproductive technology (ART)인 IVF나 ICSI 에서도 intact membrane을 가진 정자 미토콘드리아 또는 정자에서 유래한 요소들이 수정 (fertilization)에 참여할 경우 야기되는 문제 또는 현상들에 대해 질문을 던지고 연구해야할 부분라고 생각합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
연구가 진행된곳은 미국 중부에 위치한 미주리 주립대학교 (University of Missouri)입니다. 연구중심의 공립대학교이고 미주리주 안의 도시에 4개의 캠퍼스 (Columbia, Rolla, Kansas city, and St. Louis)가 있으며 메인 캠퍼스는 Columbia라고 하는 작은 college town에 위치하고 있습니다. 세계최초로 저널리즘 스쿨이 만들어진 대학이고, 저널리즘과 농과대학이 명성있는 학교입니다.
저는 농과대학 (college of agriculture, food and natural resources)의 Animal Science학과에 속해있는 Peter Sutovsky 실험실에 박사과정에 있습니다. Dr. Peter Sutovsky는 미토콘드리아 모계유전에서의 ubiquitin-proteasome system의 역활을 처음으로 발표하셨고, mammalian fertilization, capacitation, acrosomal function, sperm quality control, male fertility 등의 번식분야 (reproductive biology) 에서 ubiquitin-proteasome system의 역활을 20년 가까이 꾸준히 연구해 오고 계십니다. 현재도 연구실에서 직접 파이펫을 잡고 실험하시거나 학부학생의 실험을 직접 지도하시는데 연구에 대한 열정이 남다르시고 새로운 아이디어와 시도를 하시며 왕성하게 활동하고 계십니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
지도교수님께서 1999년도에 시작하신 정자내 미토콘드리아 연구를 박사과정 연구주제로서 이어서 진행하고, 좋은결과를 얻을수있어서 개인적으로 의미있게 생각하고 있습니다. 실험과 연구라는것이 자신의 시간과 노력이 가시적인 성과로 바로 보여지는 것이 아니기 때문에 심리적으로 힘들었던 적이 있었는데, 의구심을 떨치고 자신에 대한 믿음, 자신감 가지게 된 계기가 되었습니다. 지금의 이 논문은 작은 연구결과에 불과하지만, 이렇게 하나의 기초과학 연구결과들이 모여서 임상에 적용되어 질병, 불임등의 연구에 보탬이 되었으면 하는 바램입니다. 학생이고 연구라는 것을 시작하는 단계의 사람이라서 자부심과 보람을 더 느끼기 위해 앞으로도 열심히 해야할 것 같습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
저는 석사과정때 지도교수님이셨던 방명걸교수님 배려로 이화여대 의대에서 mice in vivo 실험 경험과 석사를 마치고 미국 USDA에서 닭을 이용한 질병연구에 참여한 경험이 있습니다. 다양한 실험적 경험이 학위과정, 연구를 하는데 도움이 되었습니다. 공부뿐만 아니라 여러가지 경험들이 살아가는데 분명 영양분이 되는것 같습니다. 할만한 가치가 있고 경험을 쌓을 수 있는 기회가 있다면 적극적으로 해보시는것도 좋다고 생각합니다.
또 다른 개인적인 생각은.. 성과에 대한 평가는 결과론적인것 같습니다. 결과가 잘 나오게 되니, 그간의 과정이 좋게 해석되기도 합니다. 저는 학위과정 동안 우수한 학생은 아니였던것 같습니다. 다른 사람의 평가를 신경쓰기 보다 머릿속에 내가 해야할일을 하는데까지 열심하자 라고 늘 생각해왔던것 같습니다. 지금의 내 자리에서 해야할일을 하고 인내하고 긍정적인 미래를 그리는것이 중요하다고 생각합니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
수정란의 in vitro culture를 모방해서 cell-free condition에서의 위의 연구를 계속적으로 진행하고 있습니다. 제가 이번 학기 졸업을 앞두고 있습니다. 개인적으로 앞으로의 계획에 대해서 생각이 많은 시기인데, 현재 구체적인 계획은 졸업후에 자리를 옮겨 early cleavage stage의 equine embryo연구를 할 계획입니다. Equine embryo연구는 지금까지 해보지 않은 새로운 분야에 대한 도전이 될것 같습니다. 좋은성과로서 다시한번 이러한 인터뷰 기회를 가지고 싶은 바램입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
이번 인터뷰를 통해서 그동안 감사한분들께 인사를 드리고 싶습니다. 저의 성취가 부모님의 시간과 땀으로 맞바꾸는것 같아 항상 죄송한 마음입니다. 부모님과 오빠에게 진심으로 고마운 마음을 전하고 싶습니다.
저에 대한 믿음과 인내심으로 지도해주신 Dr. Peter Sutovsky와 아내이자 랩매니저인 Miriam Sutovsky 진심으로 감사의 말을 전하고 싶습니다. 실험에 대한 여러지식과 디스커션해주시고 현재는 자리를 옮겨 전북대학교에 계신 이영주 교수님께도 감사드립니다.
많은 실험적 경험을 할수 있게 이끌어주시고 지지해주신 석사과정 지도교수님이신 중앙대학교 방명걸 교수님 진심으로 감사드립니다. 조언과 격려 아끼지 않으셨던 류범용 교수님, 그리고 홍영호 교수님께도 감사의 말씀올립니다. 학위하면서 힘이되어 주신 분들이 참 많습니다. 버지니아 텍에 이기호 교수님, 미주리에서 함께 계신 김재우 교수님, 박광욱교수님, 김대영교수님께도 감사드립니다. 마지막으로 저희 연구실 사진입니다. 인터뷰 글을 올린다고 하니 지도교수님께서 직접 사진기까지 가져오시고, 새롭게 랩사진을 찍자고 하셔서 이렇게 올립니다.
부모로부터 동일하게 유전되는 유전형질과는 다르게, 대부분의 종에서 미토콘드리아 (mitochondria)는 모계(maternal inheritance)를 통해 후대에 유전 됩니다. 미토콘드리아가 전적으로 어머니로부터 유전되는 이유는 정자(sperm)와 난자(oocyte)가 만나 수정란(embryo/zygote)을 형성할 시기에 정자에서 유래한 미토콘드리아는 제거되고 난자가 가지고 있는 미토콘드리아만 남아 후대에 전해지 기 때문입니다.
지도교수님이신 Dr. Peter Sutovsky는 정자에서 유래한 미토콘드리아가 어떤 메카니즘에 의해서 제거 되는지 연구하기 시작하였고, 1999년도에 정자내의 미토콘드리아의 제거가 ubiquitin-proteasome system이 관련한다는 결과를 Nature (Sutovsky et al. 1999, Nature 25:371-2)에 발표하였습니다. 최근 이 주제의 연구가 활발히 진행되어, 2011년도에 Caenorhabditis elegans (C. elegans)에서 정자내 미토콘드리아가 autophagy에 의해 제거되는 연구결과가 Science (Al Rawi S et al. 2011, 334(6059):1144-1147; Sato M & Sato K, 2011, 334(6059): 1141-1144)에 두편의 논문이 동시에 실리면서 hot topic으로 떠올랐습니다. 그 후 2013년도에 mice에서 autophagy가 정자내 미토콘드리아 제거에 관여하지 않음을 PNAS (Luo SG et al. 2013, 110(16):6334-6339)에 발표하면서, C. elegans 논문과 정반대의 결과가 발표되었고, 뒤따라 2014년도에 Drosophila에서 정자내 미토콘드리아가 autophagy와 endocytic pathway에 의해서 제거됨이 Developmental cell (Politi Y et al. 2014, 29(3):305-320)에 발표되었습니다.
초기의 연구를 통해서, ubiquitin-proteasome system이 정자 미토콘드리아 제거에 관여하는 것을 알았지만, 하나의 protein molecule을 제거하는 proteasome이 어떻게 전체 미토콘드리아 제거할 수 있는지 의문을 가졌고, lysosome-like structure가 정자내 미토콘드리아 주변에 존재하는 것을 확인하고 lysosome을 매개하는 autophagy pathway가 연관되어 있음을 연구하기 시작하였습니다.
이번 논문에서 저희는 돼지난자와 정자를 이용해 수정란 발달초기에 정자내 미토콘드리아가 ubiquitin-proteasome system과 autophagy에 의해서 제거되는것을 보여주었습니다. 정자와 난자가 수정되기 전, 정자내 미토콘드리아는 정자형성 과정동안 이미 ubiquitination되고 수정후에 ubiquitination된 미토콘드리아가 VCP (valosin-containing protein)의 역활로 외막의 단백질들이 proteasome에 의해 proteolysis되고, 동시에 ubiquitination된 미토콘드리아 전체가 p62/SQSTM1에 매개되어 autophagosome에 둘러 쌓이면서 autophagy에 의해 제거됨을 알 수 있었습니다. 정자내 미토콘드리아가 수정란 발달 초기에 제거되지 않을 경우, 정자와 난자 모두에서 유래한 미토콘드리아가 존재하게 되어 (heteroplasmy), 생식능력에 영향을 미치게되고 경우에 따라 미토콘드리아 관련된 질병이 나타날 수 있습니다. 정자내 미토콘드리아의 제거와 미토콘드리아의 모계유전 메카니즘을 이해하는 것은 학문적인 관심뿐만 아니라 실제적인 human clinic, fertility 접근을 이해하는데 중요하다고 생각합니다. 예를 들어, 사람 및 동물에서 사용하고있는 assisted reproductive technology (ART)인 IVF나 ICSI 에서도 intact membrane을 가진 정자 미토콘드리아 또는 정자에서 유래한 요소들이 수정 (fertilization)에 참여할 경우 야기되는 문제 또는 현상들에 대해 질문을 던지고 연구해야할 부분라고 생각합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
연구가 진행된곳은 미국 중부에 위치한 미주리 주립대학교 (University of Missouri)입니다. 연구중심의 공립대학교이고 미주리주 안의 도시에 4개의 캠퍼스 (Columbia, Rolla, Kansas city, and St. Louis)가 있으며 메인 캠퍼스는 Columbia라고 하는 작은 college town에 위치하고 있습니다. 세계최초로 저널리즘 스쿨이 만들어진 대학이고, 저널리즘과 농과대학이 명성있는 학교입니다.
저는 농과대학 (college of agriculture, food and natural resources)의 Animal Science학과에 속해있는 Peter Sutovsky 실험실에 박사과정에 있습니다. Dr. Peter Sutovsky는 미토콘드리아 모계유전에서의 ubiquitin-proteasome system의 역활을 처음으로 발표하셨고, mammalian fertilization, capacitation, acrosomal function, sperm quality control, male fertility 등의 번식분야 (reproductive biology) 에서 ubiquitin-proteasome system의 역활을 20년 가까이 꾸준히 연구해 오고 계십니다. 현재도 연구실에서 직접 파이펫을 잡고 실험하시거나 학부학생의 실험을 직접 지도하시는데 연구에 대한 열정이 남다르시고 새로운 아이디어와 시도를 하시며 왕성하게 활동하고 계십니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
지도교수님께서 1999년도에 시작하신 정자내 미토콘드리아 연구를 박사과정 연구주제로서 이어서 진행하고, 좋은결과를 얻을수있어서 개인적으로 의미있게 생각하고 있습니다. 실험과 연구라는것이 자신의 시간과 노력이 가시적인 성과로 바로 보여지는 것이 아니기 때문에 심리적으로 힘들었던 적이 있었는데, 의구심을 떨치고 자신에 대한 믿음, 자신감 가지게 된 계기가 되었습니다. 지금의 이 논문은 작은 연구결과에 불과하지만, 이렇게 하나의 기초과학 연구결과들이 모여서 임상에 적용되어 질병, 불임등의 연구에 보탬이 되었으면 하는 바램입니다. 학생이고 연구라는 것을 시작하는 단계의 사람이라서 자부심과 보람을 더 느끼기 위해 앞으로도 열심히 해야할 것 같습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
저는 석사과정때 지도교수님이셨던 방명걸교수님 배려로 이화여대 의대에서 mice in vivo 실험 경험과 석사를 마치고 미국 USDA에서 닭을 이용한 질병연구에 참여한 경험이 있습니다. 다양한 실험적 경험이 학위과정, 연구를 하는데 도움이 되었습니다. 공부뿐만 아니라 여러가지 경험들이 살아가는데 분명 영양분이 되는것 같습니다. 할만한 가치가 있고 경험을 쌓을 수 있는 기회가 있다면 적극적으로 해보시는것도 좋다고 생각합니다.
또 다른 개인적인 생각은.. 성과에 대한 평가는 결과론적인것 같습니다. 결과가 잘 나오게 되니, 그간의 과정이 좋게 해석되기도 합니다. 저는 학위과정 동안 우수한 학생은 아니였던것 같습니다. 다른 사람의 평가를 신경쓰기 보다 머릿속에 내가 해야할일을 하는데까지 열심하자 라고 늘 생각해왔던것 같습니다. 지금의 내 자리에서 해야할일을 하고 인내하고 긍정적인 미래를 그리는것이 중요하다고 생각합니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
수정란의 in vitro culture를 모방해서 cell-free condition에서의 위의 연구를 계속적으로 진행하고 있습니다. 제가 이번 학기 졸업을 앞두고 있습니다. 개인적으로 앞으로의 계획에 대해서 생각이 많은 시기인데, 현재 구체적인 계획은 졸업후에 자리를 옮겨 early cleavage stage의 equine embryo연구를 할 계획입니다. Equine embryo연구는 지금까지 해보지 않은 새로운 분야에 대한 도전이 될것 같습니다. 좋은성과로서 다시한번 이러한 인터뷰 기회를 가지고 싶은 바램입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
이번 인터뷰를 통해서 그동안 감사한분들께 인사를 드리고 싶습니다. 저의 성취가 부모님의 시간과 땀으로 맞바꾸는것 같아 항상 죄송한 마음입니다. 부모님과 오빠에게 진심으로 고마운 마음을 전하고 싶습니다.
저에 대한 믿음과 인내심으로 지도해주신 Dr. Peter Sutovsky와 아내이자 랩매니저인 Miriam Sutovsky 진심으로 감사의 말을 전하고 싶습니다. 실험에 대한 여러지식과 디스커션해주시고 현재는 자리를 옮겨 전북대학교에 계신 이영주 교수님께도 감사드립니다.
많은 실험적 경험을 할수 있게 이끌어주시고 지지해주신 석사과정 지도교수님이신 중앙대학교 방명걸 교수님 진심으로 감사드립니다. 조언과 격려 아끼지 않으셨던 류범용 교수님, 그리고 홍영호 교수님께도 감사의 말씀올립니다. 학위하면서 힘이되어 주신 분들이 참 많습니다. 버지니아 텍에 이기호 교수님, 미주리에서 함께 계신 김재우 교수님, 박광욱교수님, 김대영교수님께도 감사드립니다. 마지막으로 저희 연구실 사진입니다. 인터뷰 글을 올린다고 하니 지도교수님께서 직접 사진기까지 가져오시고, 새롭게 랩사진을 찍자고 하셔서 이렇게 올립니다.
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