한빛사 인터뷰
- 등록2021-09-16
- 조회1,071
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
이번에 한빛사를 통해 소개된 저의 논문은 Reconstitution of mammalian mitochondrial translation system capable of correct initiation and long polypeptide synthesis from leaderless mRNA 라는 논문입니다. 미토콘드리아는 원시 박테리아가 진핵세포 안에서 세포내 공생을 한 것으로 생겨났다고 알려진 세포내 소기관으로, 세포가 사용하는 에너지의 대부분을 생산하는 발전소 역할을 하며 그 외에도 여러 대사에 관여하고 있습니다. 미토콘드리아의 가장 큰 특징은 세포핵과 별개로 미토콘드리아 고유의 DNA를 가지고 있다는 점으로, 미토콘드리아 DNA를 이용하는 독자적인 단백질 합성계를 가지고 있는 점입니다. 최근의 Crispr-cas9을 비롯한 여러 유전자 조작, 편집기술이 개발되었지만, 미토콘드리아의 유전자를 조작, 편집할 수 있는 기술은 현재까지 개발에 어려움을 겪고 있습니다.
본 논문은, start codon을 인식해서 충분히 긴 단백질을 합성할 수 있는 무세포 포유류 미토콘드리아 단백질 합성계를 재구축하는데 성공했다는 것을 소개한 논문입니다. 저희가 확립한 in vitro cell-free reconstituted translation system은 포유류 미토콘드리아 리보솜(돼지 간 미토콘드리아유래), 포유류 미토콘드리아 번역인자(E.coli recombinant), mRNA(in vitro transcription)를 각각 정제한후 시험관내에서 재구성해서 단백질합성을 진행합니다. tRNA는 미토콘드리아 유래의 tRNA를 대량정제 하는게 매우 어렵기 때문에 현재는 yeast아니면 E.coli유래의 tRNA를 이용하고 있습니다. 저희가 확립한 기술은 선행연구들의 포유류 미토콘드리아 무세포 단백질 합성계들과 달리, 1) start codon을 정확히 인식하고, 2) 번역기구가 번역인자들에 의존하며, 3) 충분히 길면서 기능을 가진 단백질(nanoluciferase)을 합성하는데 성공한 세계최초의 in vitro cell-free reconstituted translation system입니다. 현재 이 기술을 이용해서 저희 연구실에서는 포유류 미토콘드리아의 translation initiation, elongation, termination/recycle기구에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 저희의 기술을 이용해서 미토콘드리아 tRNA의 modification이 번역기구에 어떤 영향을 미치는지, 번역인자의 dysfunction과 관련된 미토콘드리아 질환의 분자 메커니즘, 항생제 부작용 등에 대한 정보를 제공할 수 있을 거라 생각합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 도쿄대학교 신영역창성과학연구과의 메티컬정보시스템전공 분자의과학 연구실의 Takeuchi-Tomita Nono 교수님의 지도하에 진행이 되었습니다. 저희 연구실은 원래 E.coli recombinant 번역인자들을 이용해서 무세포 단백질 합성계 (Protein synthesis Using Recombinant Elements, PURE system)를 만든 Ueda Takuya 교수님의 연구실로, 2019년 Ueda교수님의 이직으로 현재는 Takeuchi-Tomita교수님이 이어서 연구를 진행하고 있습니다. 저희 연구실은 무세포 단백질 합성계를 이용해서 연구를 하며 주로 생화학, 분자생물학, 구조생물학적 해석을 이용해 연구를 진행하고 있습니다. Takeuchi-Tomita교수님은 포유류 미토콘드리아와 yeast 번역기구의 전문가로서 연구 지도를 하고 계십니다. 2019년까지는 E.coli, yeast, 포유류 미토콘드리아 3그룹으로 나뉘어져 있었지만 현재는 yeast와 포유류 미토콘드리아 2그룹만 운영되고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
미토콘드리아는 아직 crispr-cas9과 같이 미토콘드리아DNA를 조작/편집할 수 있는 기술이 거의 확립되어 있지 않아 in vivo레벨에서의 해석이 아직은 많은 어려움을 겪고 있습니다. 또한 in vitro레벨에서 단백질 합성계를 재구성하는 것도 어려움을 겪고있었기에 다른 E.coli나 cytosol에서의 번역기구와는 달리 불분명한 부분이 많이 남아있습니다. 저희 연구실의 기술은 이런 어려움을 해결할 수 있는 대안으로서 미토콘드리아 연구에 기여를 할 수 있다는 점에서 보람을 가지고 있습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
외국생활을 오래하면서 느낀 점은 공부와 연구생활 중에 귀찮더라도 체력을 길러 두는 습관이 중요하다는 점입니다. 저도 학부때까지는 운동을 굉장히 싫어 했는데, 단백질 정제 같은 몸을 쓰는 실험이나, 바이오계 특성상 실험이 오랜 시간을 필요로 하는 경우가 많아 철야작업을 많이 하다 보니 체력적으로 고생을 했다고 생각합니다. 현재는 군대에서 운동을 하는 습관을 기른 것도 있어 꾸준히 운동을 하고 있는데, 도움이 많이 되는 거 같습니다. 또한 체력적인 이점만이 아니라, 공부나 연구, 그리고 외국에서의 생활에서 받는 스트레스의 기분전환도 되는 등 여러 장점이 있다고 생각됩니다. 무엇보다도 대학원기간이 끝나고 나서의 기간이 앞으로의 인생에서 더 많기 때문에 체력을 길러 두는 습관이 중요하다고 생각됩니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 연구는 저희 연구실에서 확립한 포유류 미토콘드리아 무세포 단백질합성 기술의 개론 역할을 한다고 생각합니다. 현재 제가 담당하고 있는 분야는 포유류 미토콘드리아 번역개시 부분으로, 앞으로 이 분야에 대해서 번역개시에서의 proofreading기구와 translation initiation complex형성과정등에 대해 남은 박사학위 기간 동안 연구를 진행할 예정입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
지금까지 여러 모로 도움을 주신 분들께 감사의 인사를 드립니다. 우선, 지도 교수님이신 Takeuchi-Tomita Nono교수님께 감사드립니다. 첫 논문을 작성하는데 있어 많은 도움을 받았습니다. 남은 박사학위 과정 기간 동안도 잘 부탁드립니다. 그리고 연구실 선후배분들께 감사의 말씀드립니다.
마지막으로 오랜 외국생활의 버팀목이 되어준 가족들과 동기분들께도 감사의 말씀드립니다.
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#Mammalian mitochondria
#Cell-free protein synsthesis
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