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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2018-06-07
- 조회3,317
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Published ahead of print May 21, 2018 | https://doi.org/10.1073/pnas.1721241115
Epigenetic switch from repressive to permissive chromatin in response to cold stress
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
날로 악화되는 기후변화 문제는 세계적인 식량난 또한 동반하게 됨으로서 우리나라의 경우도 식량자급률이 30%를 밑도는 수준입니다. 세계 인구 1인당 곡물생산량은 1980년대 중반부터 감소하여 지금과 같은 추세로 인구가 증가한다면 몇 년 이내에 세계의 절대 식량이 부족하게 될 것으로 추정하고 있습니다. 식물은 이동할 수가 없지만 외부환경재해가 발생하게 되면 외부환경변화를 스스로 감지하고, 생체방어 시스템을 가동하게 됩니다. 따라서 식물이 어떻게 환경스트레스에 견디는지에 대한 분자기전을 알아내면 열악한 환경조건에서도 자랄 수 있는 식물체를 개발할 수 있고 이는 환경문제 해결 분만이 아니라 미래 인류가 당면할 식량문제를 해결에 크게 기여할 것으로 사료 됩니다.
본 연구는 애기장대 내 저온 저항유전자로 알려진 COR gene의 chromatin의 구조적 변화를 HOS15 단백질이 조절하여 그로 인한 후성유전학적 저온 재해 저항성 분자기작을 밝힌 논문입니다. 선행연구를 통한 luciferase image screening법으로 발견된 HOS15는 저온신호전달에서 능동적 조절 인자로서 역할을 수행하는 것으로 밝혀졌습니다. 아미노산 구조분석결과 HOS15는 그 자체에 어떠한 탈아세틸화 모티브가 없음이 확인되었고 이번 연구를 통하여 이러한 역할 수행을 식물 특이적 histone deacetylase인 HD2C와의 상호 작용을 통해 수행함을 확인하였습니다. 하지만 흥미롭게도 저온 스트레스에 대한 저항성이 두 돌연변이체에서 상반되게 나타남을 확인하였으며, 또 다른 선행 연구들로부터 HOS15 단백질이 CUL4 based Ubiqutin E3 ligase의 substrate receptor로서 작용함을 확인하였습니다. 따라서 추위스트레스가 왔을 시 추위를 인지한 HOS15에 의해 HD2C의 ubiquitin based proteosomal degradation이 일어나게 되며 이로 인해 COR gene promoter 부위의 chromatin remodeling이 시작된다는 사실을 확인하였습니다. 흥미롭게도 추위 스트레스하에서 COR gene promoter부위의 HOS15에 의한 관여성은 사라지지 않고 지속되었으며 이러한 관여성으로부터 COR 유전자 발현에 중요한 전사인자인 CBF의 recruit에 HOS15가 관여한다는 사실을 확인하였습니다.
이번 연구를 통하여 일반적 상태인 유전자의 억제과정(repression), 추위가 왔을 때 이를 인지하여 유전자의 발현을 준비하기위한 억제해제과정(de-repression), 이에 수반되는 전사 조절 (transcriptional regulation)단계의 연결점을 보여주는 Switch mechanism을 밝힘으로써 추위스트레스의 전반적인 후성유전학적 전사조절을 이해하는 계기가 되었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
이번 연구를 수행하게 된 세포신호전달 실험실(윤대진교수)은 2004년부터 미국Purdue대학교에 현지연구실을 설치하고 스페인 농업자원 연구소와 교류연구를 하는 등 BK21지원사업, WCU사업, 농진청 SSAC사업, GRL 사업 등을 통하여 소속 실험실 대학원생들을 파견하여 해외 우수 연구진과 국제공동연구를 수행하고 있습니다. 이중 Purdue대학교는 식물연구에는 필수적인 세계최대의 온실 (green house)시설을 자랑하고 있으며, Purdue대학교의 green house시설을 이용하여 환경스트레스저항성에 이상을 보이는 돌연변이체를 대량 확보하고 돌연변이체로부터 해당 유전자의 확보 및 기능 해석에 관한 연구를 수행하고 있습니다. 저 또한 2011년부터 2년간 파견연구원으로 식물 스트레스분야의 권위를 자랑하는 Ray bressan교수님과 Jian-kang Zhu교수님 실험실에서 연구를 수행하며 식물스트레스 분야 전반에 관련된 최신 학문을 손쉽게 접할 수 있는 기회를 가지게 되었으며 이를 통해 연구를 한 단계 발전시킬 수 있는 계기가 되었습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
본 연구를 진행하며 이번 연구를 수행하면서 본 연구팀의 특성으로, 해외에 파견 또는 해외 석학들의 초청으로 인한 긴밀한 교류, 잦은 연구 발표 및 토의가 가능하였습니다. 본 연구에 대한 문제 해결에도 많은 도움을 받았지만 연구자로서 연구의 목적이 무엇인지에 대한 철학적 접근도 중요하다는 사실을 이들을 통해 배우게 되었습니다. 이들과 함께 연구 할 수 있었다는 것에 큰 보람을 느낍니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
연구를 시작하며 항상 남들이 알지 못하는 미지의 분야를 알아간다는 흥미로움과 자부심으로 가득했던 것 같습니다. 하지만 계속되는 시행착오와 생각지도 못한 결과들을 통해 여러 번 실망했던 것도 사실입니다. 다른 생명과학분야도 마찬가지이지만 특히 식물 생명과학을 하면서 시행착오를 겪는다는 건 짧게는 몇 개월에서 길게는 몇 년을 허비하게 되며 그 시기 동안에는 진로에 대한 고민이 더욱 깊어졌던 것도 사실입니다. 하지만 지나고보니 이기간 동안 했던 연구에 대한 지속적인 고민과 토론이 결과 해결을 위한 단초가 되지 않았나 생각해 봅니다. 특히 학위과정 중 실험 진행과 더불어 자신의 연구에 대한 폭넓은 고민과 토론이 앞으로 나갈 자신의 연구자의 길에 큰 밑거름이 되리라 믿습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
연구를 수행함에 있어 HOS15가 어떻게 추위를 인지하여 기능을 전환하는지에 대한 연구가 부족함을 느꼈고 이를 위해 후속연구를 수행할 예정입니다. 또한 HOS15 유전자를 이용하여 열악한 환경에 잘 견디는 작물체를 개발하고 이를 통하여 인류의 미래 생존에 필요한 식량문제를 조금이나마 해결할 수 있는 실마리를 찾고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
10년 가까운 시간 동안 이 연구를 꾸준히 믿고 이끌어 나가 주신 윤대진 교수님께 감사의 말씀을 올립니다. 본 연구과정 중 지속적인 discussion을 해주신 Hans J. Bohnert 교수님, Ray A. Bressan 교수님, 교수님, Jose M. Pardo 교수님께도 감사드립니다. 늘 함께 고민하고 함께 웃으며 연구하는 우리 세포신호전달 실험실 가족분들 이들이 있었기에 힘들었던 실험실 생활도 웃으면서 보낼 수 있었습니다. 늘 부족한 자식 걱정에 항상 염려해주시고 격려해 주신 아버지 어머니, 부족한 사위를 끝까지 믿고 아낌없는 격려해 주시는 장인어른 장모님께 사랑한다, 고맙다는 말 한마디 전해 드리지 못했던 것 같습니다. 마지막으로 지난 10년간 언제나 나를 믿고 힘들 때마다 나를 웃게 해주는 아내 다혜, 아들 건도에게도 이 글을 빌어 고맙고 사랑한다고 전하고 싶습니다.
날로 악화되는 기후변화 문제는 세계적인 식량난 또한 동반하게 됨으로서 우리나라의 경우도 식량자급률이 30%를 밑도는 수준입니다. 세계 인구 1인당 곡물생산량은 1980년대 중반부터 감소하여 지금과 같은 추세로 인구가 증가한다면 몇 년 이내에 세계의 절대 식량이 부족하게 될 것으로 추정하고 있습니다. 식물은 이동할 수가 없지만 외부환경재해가 발생하게 되면 외부환경변화를 스스로 감지하고, 생체방어 시스템을 가동하게 됩니다. 따라서 식물이 어떻게 환경스트레스에 견디는지에 대한 분자기전을 알아내면 열악한 환경조건에서도 자랄 수 있는 식물체를 개발할 수 있고 이는 환경문제 해결 분만이 아니라 미래 인류가 당면할 식량문제를 해결에 크게 기여할 것으로 사료 됩니다.
본 연구는 애기장대 내 저온 저항유전자로 알려진 COR gene의 chromatin의 구조적 변화를 HOS15 단백질이 조절하여 그로 인한 후성유전학적 저온 재해 저항성 분자기작을 밝힌 논문입니다. 선행연구를 통한 luciferase image screening법으로 발견된 HOS15는 저온신호전달에서 능동적 조절 인자로서 역할을 수행하는 것으로 밝혀졌습니다. 아미노산 구조분석결과 HOS15는 그 자체에 어떠한 탈아세틸화 모티브가 없음이 확인되었고 이번 연구를 통하여 이러한 역할 수행을 식물 특이적 histone deacetylase인 HD2C와의 상호 작용을 통해 수행함을 확인하였습니다. 하지만 흥미롭게도 저온 스트레스에 대한 저항성이 두 돌연변이체에서 상반되게 나타남을 확인하였으며, 또 다른 선행 연구들로부터 HOS15 단백질이 CUL4 based Ubiqutin E3 ligase의 substrate receptor로서 작용함을 확인하였습니다. 따라서 추위스트레스가 왔을 시 추위를 인지한 HOS15에 의해 HD2C의 ubiquitin based proteosomal degradation이 일어나게 되며 이로 인해 COR gene promoter 부위의 chromatin remodeling이 시작된다는 사실을 확인하였습니다. 흥미롭게도 추위 스트레스하에서 COR gene promoter부위의 HOS15에 의한 관여성은 사라지지 않고 지속되었으며 이러한 관여성으로부터 COR 유전자 발현에 중요한 전사인자인 CBF의 recruit에 HOS15가 관여한다는 사실을 확인하였습니다.
이번 연구를 통하여 일반적 상태인 유전자의 억제과정(repression), 추위가 왔을 때 이를 인지하여 유전자의 발현을 준비하기위한 억제해제과정(de-repression), 이에 수반되는 전사 조절 (transcriptional regulation)단계의 연결점을 보여주는 Switch mechanism을 밝힘으로써 추위스트레스의 전반적인 후성유전학적 전사조절을 이해하는 계기가 되었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
이번 연구를 수행하게 된 세포신호전달 실험실(윤대진교수)은 2004년부터 미국Purdue대학교에 현지연구실을 설치하고 스페인 농업자원 연구소와 교류연구를 하는 등 BK21지원사업, WCU사업, 농진청 SSAC사업, GRL 사업 등을 통하여 소속 실험실 대학원생들을 파견하여 해외 우수 연구진과 국제공동연구를 수행하고 있습니다. 이중 Purdue대학교는 식물연구에는 필수적인 세계최대의 온실 (green house)시설을 자랑하고 있으며, Purdue대학교의 green house시설을 이용하여 환경스트레스저항성에 이상을 보이는 돌연변이체를 대량 확보하고 돌연변이체로부터 해당 유전자의 확보 및 기능 해석에 관한 연구를 수행하고 있습니다. 저 또한 2011년부터 2년간 파견연구원으로 식물 스트레스분야의 권위를 자랑하는 Ray bressan교수님과 Jian-kang Zhu교수님 실험실에서 연구를 수행하며 식물스트레스 분야 전반에 관련된 최신 학문을 손쉽게 접할 수 있는 기회를 가지게 되었으며 이를 통해 연구를 한 단계 발전시킬 수 있는 계기가 되었습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
본 연구를 진행하며 이번 연구를 수행하면서 본 연구팀의 특성으로, 해외에 파견 또는 해외 석학들의 초청으로 인한 긴밀한 교류, 잦은 연구 발표 및 토의가 가능하였습니다. 본 연구에 대한 문제 해결에도 많은 도움을 받았지만 연구자로서 연구의 목적이 무엇인지에 대한 철학적 접근도 중요하다는 사실을 이들을 통해 배우게 되었습니다. 이들과 함께 연구 할 수 있었다는 것에 큰 보람을 느낍니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
연구를 시작하며 항상 남들이 알지 못하는 미지의 분야를 알아간다는 흥미로움과 자부심으로 가득했던 것 같습니다. 하지만 계속되는 시행착오와 생각지도 못한 결과들을 통해 여러 번 실망했던 것도 사실입니다. 다른 생명과학분야도 마찬가지이지만 특히 식물 생명과학을 하면서 시행착오를 겪는다는 건 짧게는 몇 개월에서 길게는 몇 년을 허비하게 되며 그 시기 동안에는 진로에 대한 고민이 더욱 깊어졌던 것도 사실입니다. 하지만 지나고보니 이기간 동안 했던 연구에 대한 지속적인 고민과 토론이 결과 해결을 위한 단초가 되지 않았나 생각해 봅니다. 특히 학위과정 중 실험 진행과 더불어 자신의 연구에 대한 폭넓은 고민과 토론이 앞으로 나갈 자신의 연구자의 길에 큰 밑거름이 되리라 믿습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
연구를 수행함에 있어 HOS15가 어떻게 추위를 인지하여 기능을 전환하는지에 대한 연구가 부족함을 느꼈고 이를 위해 후속연구를 수행할 예정입니다. 또한 HOS15 유전자를 이용하여 열악한 환경에 잘 견디는 작물체를 개발하고 이를 통하여 인류의 미래 생존에 필요한 식량문제를 조금이나마 해결할 수 있는 실마리를 찾고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
10년 가까운 시간 동안 이 연구를 꾸준히 믿고 이끌어 나가 주신 윤대진 교수님께 감사의 말씀을 올립니다. 본 연구과정 중 지속적인 discussion을 해주신 Hans J. Bohnert 교수님, Ray A. Bressan 교수님, 교수님, Jose M. Pardo 교수님께도 감사드립니다. 늘 함께 고민하고 함께 웃으며 연구하는 우리 세포신호전달 실험실 가족분들 이들이 있었기에 힘들었던 실험실 생활도 웃으면서 보낼 수 있었습니다. 늘 부족한 자식 걱정에 항상 염려해주시고 격려해 주신 아버지 어머니, 부족한 사위를 끝까지 믿고 아낌없는 격려해 주시는 장인어른 장모님께 사랑한다, 고맙다는 말 한마디 전해 드리지 못했던 것 같습니다. 마지막으로 지난 10년간 언제나 나를 믿고 힘들 때마다 나를 웃게 해주는 아내 다혜, 아들 건도에게도 이 글을 빌어 고맙고 사랑한다고 전하고 싶습니다.
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