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

제 논문 주제는 원자힘 현미경* (atomic force microcopy, AFM)을 이용하여 마이크로 RNA (microRNA, miRNA)를 세포 수준에서 정량 분석할 수 있는 고민감도 기술 개발하는 것 입니다.

1993년 Ambros 연구팀이 발견한 miRNA는 19-25 nt의 길이를 가지는 단일 가닥 RNA 분자입니다. miRNA는 target mRNA의 발현을 억제하고, 세포 증식이나 퇴화, 인슐린 분비 등 생물학적 기능을 조절하는 것으로 알려져 있습니다. miRNA는 특정 조직에 질병이 발병한 경우에는 정상 조직과 비교하였을 때, 분비량이 변하는 연구 결과가 보고 되고 있습니다. 또한, 현재는 암, 심장병, 뇌 질환 등과 발현량의 연관성에 대해 많은 연구가 진행되고 있습니다. 따라서, miRNA 분석은 생물학적인 기능의 해석뿐 아니라, 질병의 조기 진단 및 판별 그리고, 치료의 목적으로도 의약 산업 분야에서 중요한 주제 입니다. 현재 nCounter® miRNA Expression assay와 같은 정확한 분석 장비 기술이 상용화 되고 있으며, 민감도와 분석 신뢰도를 향상 시킬 수 있는 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다.

이 연구는 증폭이나 형광 표지 과정 없이 miRNA를 정량 분석할 수 있도록, AFM 켄틸레버와 probe DNA-spotted slide에 capture된 miRNA간의 상호작용력을 측정한 뒤, 특이적인 힘의 이벤트를 지도화 하는 방법 (force based-mapping)에 초점이 맞춰졌습니다. 효율적인 분석을 위해 AFM 캔틸레버에는 RNA/DNA duplex를 선택적으로 인지하는 것으로 알려진 hybrid binding domain이라는 물질이 도입하였습니다. miRNA는 세포 내에 500 여개의 극미량이 존재하는 것으로 알려져 있기 때문에, 이 연구에서는 force mapping의 분석 민감도의 향상이 요구 되었습니다. 따라서, 우리 연구실에서 개발한 나노콘 분자 박막과 nanofabrication 기술로 약 5 ㎛ 직경 (기존의 array 스팟 지름의 1/40 수준)을 가지는 probe-spotted slide를 제작하여 이용하였습니다. 그 결과, 약 240개 ~ 2400개의 miRNA의 분석이 가능한 시스템을 구축할 수 있었습니다. 그리고, 실제 세포 추출물을 이용한 정량 분석 결과와 세포 내 miRNA 발현량을 변화 시킬 수 있는 자극을 가한 뒤 얻은 세포 추출물의 정량분석 결과를 비교 분석 하였습니다.

연구 과정 중에 생긴 에피소드 중에 생각 나는 것은, 제 실수로 분석 바로 전에 슬라이드 샘플에 훼손이 일어 났고, 같은 실험을 다시 해야 할 상황이 발생한 것 입니다. 당시에 당황하였지만, 지체할 수 없는 명절 전이어서 주말을 반납하며, 분석실에서 다시 실험하며 고요하며 인내하던 때가 떠오릅니다. 그리고, 논문 작성 도중 연구 관련 인원 2명이 미국으로 자리를 옮기게 되어, 이른 아침에 화상 회의를 진행하고, 자리에서 일어나면 꼭 실험실에서 같이 회의를 한 것 같은 느낌을 많이 받아, 감수성이 예민해지기도 하였습니다.

*AFM의 원리가 궁금하신 분은 https://www.youtube.com/watch?v=0jP7baCqFLw를 참고하시면 될 것으로 보입니다.*

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

우리 실험실은 포항공과대학교 화학과 박준원 교수님의 초감응분자박막 연구실 (http://jlab.postech.ac.kr/)입니다. 구성원은 post-doc 1명, 박사 과정 1명, 통합 과정 8명, 석사 과정 1명, 학부생 1명, 행정연구원 1명으로 구성되어 있습니다.

연구를 위해서는 공통적으로 분자간의 lateral spacing을 조절할 수 있는 나노콘 분자를 코팅하고, 각자의 시스템에 맞는 링커와 다양한 유전 물질이나 화학 분자를 도입한 유리박막 (glass slide), 실리콘 웨이퍼 박막, AFM cantilever을 직접 제조 합니다. 그리고, 표면 위의 다양한 유전 물질 (Protein, DNA, RNA 등) 정량 분석 및 표면 이미징을 통해 물질의 세포 내 분포를 관찰 또는 생물학적인 메커니즘 연구 등을 수행합니다. 그리고, 화학 물질의 host-guest 상호작용 분석 그리고, array 형광 신호를 증폭 시킬 수 있는 particle을 이용한 연구 등을 수행하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

많은 학회에서 발표할 때, 주의 깊게 포스터 발표 내용에 대한 설명을 부탁하고, 질문하셨던 분들이 많이 기억에 납니다. 제 연구에 대하여 많은 것을 알려 줄 수는 없었지만, 발표를 듣고, 물어보는 분들에게 고마움과 연구에 보람을 느꼈습니다. 특히, 연구 초기에 한 학회에서 만났던 분이 세션 장에서 제 발표에 주의 깊게 경청하셨고, 저는 그 분이 제가 고민하고 있던 것을 질문하셔서 놀랐습니다. 그래서, 저 또한 그 분의 연구가 궁금해졌습니다. 찾아간 그 분의 포스터 내용은 제 연구와 공통점이 있는 주제였습니다. 시간이 지난 뒤에 발표되었던 그 분의 연구 논문은 제 연구 방향에 많은 도움이 되었으며, 저도 더 좋은 데이터를 얻기 위해 노력했던 계기가 된 것으로 생각됩니다.

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

학부 교수님들과 석사 진로 상담을 받을 때, "연구는 구체적이고, 적극적인 뜻이 있어야 한다."라는 말씀을 들었던 적이 있고, 진로를 결정하는 많은 부분에 있어서 제 자신을 뒤돌아 볼 수 있는 기회가 되었습니다.

저 역시 길게는 10개월 이상의 많은 시행 착오가 있었습니다. 명확하지 않은 성과나 결과에 겁을 먹기도 하였고, 다음으로 진행 되야 했던 실험이 계속 지체 되기도 하여, 불안하기도 하였습니다. 또한, paper review 중에는 어렵게 얻은 연구 결과가 referee에 의해 심도 있게 평가되고, 심화된 질문도 포함되어 있었기에 긴장하기도 하였습니다.

이럴 때 일수록, 연구 주제와 관련되 문헌을 찾아 보고, 정리하는 것, 연구에 참여한 분들과 많은 논의를 하는 것… 한번 쯤은 들어 보았을 말이지만, 저 또한 행동하기 까지 시간이 오래걸리는 것을 경험했기에 이것이 가장 중요한 것이라고 생각합니다.

또한, 실험실 구성원들과 실험 이야기를 할 때면, 제가 생각하지 못했던 것을 들을 수 있었습니다. 그것에 대해 다시 알아봄으로써, 문제에 대처하고, 해결에 대한 실마리를 찾았던 것으로 생각됩니다. 결과적으로 자칫 흔들릴 수 있던 이 연구가 끊임 없이 앞으로 달려 올 수 있었다고 생각합니다.

아울러, 교수님만큼, 직속 선배님과의 관계도 매우 중요하다고 생각합니다. 모든 것을 터놓는 것 까지는 힘든 것이 사실이었습니다. 하지만 연구외적으로 힘들고, 지쳐 내 자신에 대한 쉼이나, 그리고 도움이 필요할 때가 몇 번 찾아 오게 되었습니다. 저는 제 직속 선배님과 대화를 통하여, 상황과 솔직한 속 마음을 털어 놓을 수 있었습니다. 또한, 적극적인 직속 선배님의 도움으로 제 자신을 붙잡고, 최종 연구 목표로 달려 갈 수 있었습니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재, microRNA의 신호를 증폭할 수 있는 연구에 필요한 기초적인 상호작용에 관한 경향성을 파악하는 연구를 후배와 같이 진행하고 있습니다. 앞으로도 생체 시료 분석과 관련된 진로를 잡아 나가고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

먼저, 제가 알지 못하는 부분에 대해 세심하고, 꼼꼼하게 물어 보시며, 저를 이끌어 주시고 지도를 해주시는 교수님 박준원 교수님께 감사를 드립니다. 그리고, 연구 전반에 걸쳐 조언을 해주고, 샘플 준비를 빠르게 준비하는데 도움을 많이 주셨던 김정훈 교수님께도 감사를 드립니다. 연구 방향에 대한 의견 제시와 고난과 역경에 큰 용기와 도움을 주었던 Columbia university의 김영규 박사, 무수한 시행 착오를 겪을 때 같이 고생하고, 슬라이드 샘플 준비에 도와준 이윤희 박사께 언제나 고맙고, 미안하다는 말을 올립니다. 아울러, 연구 프로젝트 수행과 함께 고생한 공동저자 익범이도 표현은 많이 못했지만 고맙고, 많은 시간을 함께 보내고 있는 J-Lab 구성원들에게도 감사의 말씀 올립니다. 마지막으로, 묵묵히 뒤에서 아낌 없는 지원을 해주셨던 부모님과 가족들께 고마움의 말씀을 올립니다.