1. 논문관련 분야의 소개, 동향을 설명

생체의 면역기능은 크게 선천면역 (innate immunity)과 적응면역(adaptive immunity)으로 이루어 지는데, 대부분의 척추동물은 적응면역으로 외부에서 병원균 등 항원이 체내로 들어오게 되면 항체가 이를 인식하고 대응하게 됩니다. 하지만 가장 하등한 척추동물인 턱이 없는 어류(무악류, 無顎類)는 -칠성장어(lamprey) 또는 먹장어(hagfish)- Variable lymphocyte receptor(VLR)가 적응면역을 담당합니다. VLR은 leucine-rich repeat(LRR)을 이용하여 이론적으로 10¹⁴이나 되는 항원을 인식하는 다양성을 확보할 수 있다고 알려져 있습니다. 이번 저희 사이언스 논문에서 VLR이 말발굽 모양의 오목한 표면에 있는 아미노산 잔기들을 이용하여 항원을 인식한다는 것을 규명함으로써, 특정 항원을 인식하는 VLR을 개발할 수 있는 기초를 제공하였습니다. 특정 항원을 인식하는 VLR을 개발할 수 있는 가능성을 열었다는 것은 현대 생명공학/의학에서 항체를 이용한 다양한 연구/산업의 틈새시장을 공략할 가능성도 있음을 보여 줍니다. 물론 더 많은 VLR관련 연구가 진행되어야만 실제 이용가치가 있는 VLR을 개발할 수 있을 것이라는 것은 반드시 짚고 넘어가야 할 사항입니다. 학문적으로도 무악류에서는 적응면역을 담당하는, LRR을 가진 VLR과 대부분 척추동물에서는 선천면역을 담당하는, LRR을 가진 Toll-like receptor(TLR)와의 진화론적 관계는 매우 흥미있는 연구주제이기도 합니다.

- 연구과정에서 생긴 에피소드

단백질 X-선 결정학(구조생물학)은 목표 단백질을 대량으로 발현/정제하여 결정화 한 뒤, X-선을 단백질 결정에 조사하여 회절된 자료를 분석하여 생체분자의 구조를 밝혀 내는 학문입니다. 더 강력한 X-선을 이용하기 위해 방사광(Synchrotron)을 이용하는 것이 최근의 대세로, 방사광 실험을 하기 위해서는 종종 다른 지역으로 몇일씩 실험을 하러 가야 합니다. 이번 VLR-항원 결합 결정구조를 규명할 당시 제 아내가 첫아이를 임신한 중간이었고, 방사광 실험을 가야 할 즈음이던 올 3월은 거의 산달에 가까웠었습니다. 아이의 출생을 꼭 같이 하고 싶어했던 저는 집을 비울 수 없었기에, 단백질 결정만 방사광에 보내고 실험실 동료들에게 회절자료수집을 부탁하기도 했습니다. 다행히 실제 구조를 푸는데 사용한 자료는 제가 원격조정으로 방사광 실험을 진행하여 수집하였고, 저희 도원이는 장모님이 미국으로 산후조리 오시는 날 새벽에, 집에서 1시간 40분 거리에 있는 LA공항으로 장모님 마중을 막 나가려는 아빠를 불러 세우고 건강하게 태어났습니다.

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

미국 캘리포니아주 라호야시에 소재한 스크립스 연구소(The Scripps Research Institute, TSRI)는 미국에서 가장 큰 사립 비영리 연구소들중 하나입니다. 1924년 박애주의자 Ellen Browning Scripps가 설립한 The Scripps Metabolic Clinic에서 기원하며, 많은 발전을 거쳐 현재는 플로리다에도 연구소 분원이 있습니다. 스크립스 연구소는 면역학, 분자/세포 생물학, 화학, 신경과학, 자가면역질환, 심혈관질환, 바이러스학 및 합성 백신 개발 등에 대한 기초 연구로 국제적인 인정을 받고 있습니다. 또한 아름다운 Torrey Pines Golf Course와 라호야 바닷가를 옆으로 하고, 인근의 University of California-San Diego, Salk Institute, Burnham Institute, 수많은 생명과학 관련회사 등과 더불어 생명과학 연구분야에 지대한 공헌을 하고 있습니다. 지도교수 Ian A. Wilson 교수는 단백질 X-선 결정학적 방법을 이용하여 면역 인식, HIV, 독감, 항암제 연구 등을 주제로 활발한 연구를 진행하고 있는 세계적인 결정학자중의 한명으로, 미국 국립보건원이 지원하는 대규모 구조유전체학 연구단 네개중 하나인 Joint Center for Structural Genomics(JCSG)의 책임연구자이기도 합니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

현대 생명과학 기술의 눈부신 발전속에서 단백질 X-선 결정학(구조생물학)은 원자수준에서 생체분자의 구조를 가시화해 줄 수 있다는 큰 장점을 갖고 있습니다. 저도 생물학적으로 중요한 단백질의 구조를 밝힘으로써 실제로 보고 싶어하는 그 분야 과학자들에게 중요한 정보를 제공한다는 점에서 큰 보람을 느낍니다. 이는 제가 석사과정을 진학하면서 이 분야를 선택한 이유와 동일한 것으로, 새로운 구조를 규명할 때의 그 셀레임은 다른 과학자분들이 좋은 자료를 얻었을 때 느끼시는 그 기쁨과 같을 것입니다.

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

부족한 점이 더 많은 제가 후배님들께 감히 도움이 되는 말씀을 드릴 처지는 아니라고 생각합니다. 다만 생명과학분야를 전공하는 것은 종종 긴 시간과 반복적인 실험의 연속을 요구하기에 자신과의 싸움과도 같으므로, 본인이 연구를 하면서 크건 작건 즐거움을 느낄 수 있었으면 합니다. 미국에 처음 유학을 와서 밤새워 실험하려고 하는 저에게, 고등학교 동기이면서 박사과정 같은 과 선배인 친구가 박사과정이 생각보다 기니 힘안배를 잘하라는 조언을 해 주었는데 이 또한 저에게는 많은 도움이 되었습니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

무악류(無顎類, 턱이 없는 척추동물)에서 적응면역에 중요한 역할을 하는 Variable lymphocyte receptor (VLR)는 2004년 미국 University of Alabama-Birmingham의 Max Cooper 교수 실험실(현 Emory University)에서 처음 발견하였고, 2006년 VLR 결정구조가, 2008년 VLR-항원 결합 결정구조가 밝혀졌습니다. 항체가 100여년 전에 발견되었고, 항체의 결정구조는 약 40년전, 항체-항원 결합 결정구조가 약 30년전에 처음 밝혀진 것을 감안하면 매우 빠른 연구진행이라고 생각합니다. 항체에 대해서 100여년 동안 진행되어온 연구들이 VLR에도 고스란히 적용될 수 있다는 점을 생각하면, VLR연구의 향후 가능성은 발견된지 4년여 밖에 안된 VLR에게는 거의 무한하다고 생각합니다. 우선은 더 많은 VLR-항원 결합구조를 규명하는 것이 중요하므로 이에 정진할 생각입니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

제일 먼저, 저를 단백질 X-선 결정학(구조생물학)의 분야로 이끌어 주신 서울대 화학과 서세원 선생님께 감사의 말씀을 전합니다. 돌이켜 보면, 제가 이용하는 구조생물학의 가장 핵심적인 기술들은 석사때 실험실 선배님들에게 배웠다는 생각이 들어, 석사 지도교수님과 선배님들께 그저 감사할 따름입니다. 서울대 화학교육과 우규환, 채우기, 백명현 (현재 화학과), 서정쌍 (현재 화학과), 노태희 선생님들의 학부때 가르침은 저에게 과학을 하는 자세를 심어 주셨고, 서울대 화학과 생화학 그룹 양철학, 최명언, 박종상 선생님들은 제가 생화학이라는 분야의 눈을 뜰 수 있게 해 주셨습니다. 박사과정 지도교수인 University of Wisconsin-Madison 생화학과의 George N. Phillips, Jr. 박사님, 현재 박사후과정 지도교수인 스크립스 연구소 분자생물학과의 Ian A. Wilson 박사님, Wilson 교수 실험실에서 처음 VLR구조 규명을 위한 연구를 시작했던 최정우 박사님(현재 서울시립대 생명과학과)께도 심심한 감사를 전합니다.

아내의 출산예정일 즈음하여 급격히 진행된 이번 연구와 논문제출은, 산후조리 기간내내 아내와 도원이, 저의 뒷바라지에 몸을 아끼지 않으셨던 장모님의 깊은 사랑이 없었다면 불가능했을 것들로 머리숙여 감사드립니다. 한국에 계시는 부모님, 누나네, 형네 가족, 처가댁 가족들의 후원도 늘 큰 힘이 되고 있습니다. (가장 중요해서) 마지막으로, 인생 및 연구에 있어서 가장 좋은 대화상대이면서 핵심적인 조언을 아끼지 않는 아내 김현정 박사와 이제 갓 6개월을 넘어 아빠, 엄마를 너무 행복하게 만들어 주는 예쁜 도원이는 저를 움직이는 원동력으로 깊은 사랑과 고마움을 전합니다.