한빛사 인터뷰
- 등록2022-03-18
- 조회2,511
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
이번 논문은 Neuropeptide Y (NPY)와 NPY의 receptor subtype 중 하나인 NPY1R, 그리고 하위 신호전달을 매개하는 G-protein 과의 complex 구조를 규명하고, 구조를 바탕으로 한 NPY1R의 활성화기전을 다룬 논문입니다.
NPY는 체내에서 식욕, 우울, 뼈 형성, 체온 조절 등 다양한 생리활동을 조절하고 있는 펩타이드입니다. 이름에서 알 수 있듯 뇌에서 주로 작용하지만 신체의 다른 조직에서도 작용하는데, 이러한 NPY에 의한 신호전달은 수용체인 NPYR에 의해 이루어집니다. NPYR은 class A G-protein coupled receptor에 속하는 막단백질로 Gi 또는 Go type의 G-protein을 통해 세포 내부로 신호를 전달합니다. NPY와 NPYR간의 interaction에 대해서는 Mutagenesis assay와 modeling등을 통해 연구가 되어왔지만 실제 결합 구조와 이 결합이 어떻게 NPYR을 활성화시켜 G-protein의 결합을 유도할 수 있는지에 대해서는 보고된 바가 없었습니다.
본 연구에서는 NPY-NPY1R-G-protein 복합체의 삼차원구조를 cryo-EM이라는 방법을 통해 규명하였습니다. 이 구조를 통해 NPY의 C말단이 NPY1R의 TM pocket에 결합하며, 특이하게도 N말단이 NPY1R 쪽으로 다시 접근하여 결합을 형성하고 있는 것을 확인하였습니다. 구조에서 확인되는 interaction들은 BRET 및 Ca2+ signaling assay와 같은 cell-based assay와 MD simulation을 통해 검증하였으며, 이 결과들을 종합하여 NPY1R의 활성화기전을 제시할 수 있었습니다. 이 결과는 추후 비만이나 우울증과 같은 NPY 관련 질병 등의 치료제로 활용될 수 있는 새로운 ligand 개발에 도움이 될 것으로 생각됩니다.
본 연구는 제가 실험실에 입학한 6개월차에 참여하게 된 프로젝트였습니다. 저희 실험실 강현욱 박사님이 진행하던 프로젝트였는데 그 당시에는 NPYR의 구조가 보고된 적이 없었기 때문에 박사님과 저는 NPY1R에 약간의 mutation을 더해 antagonist와 복합체를 만들어 X-ray crystallography 방법으로 삼차원구조를 규명하고자 하였습니다. 하지만 몇 개월 지나지 않아 2018년 4월 Nature지에 antagonist-bound NPY1R의 구조가 먼저 publish 되었습니다. 하필 저희가 design해서 한참 정제하고 있었던 NPY1R construct와 거의 같은 construct를 사용했다는 점이 정말 마음이 아픈 부분이었습니다. 규명하고자 했던 구조가 이미 나왔기 때문에 novelty를 위해서는 다른 방향에서 연구를 해야 했고, 저희는 active structure를 규명하는 쪽으로 방향을 틀었습니다. Wildtype NPY1R과 G-protein을 정제하여 complex를 만들었으며, 구조규명에는 X-ray crystallography 대신 cryo-EM 방법을 활용하기로 하였습니다. 이 과정에서 김진욱 박사님이 본격적으로 투입이 되셨고 구조 규명까지도 이래저래 일이 많았지만 무사히 구조를 규명하고 본격적인 논문 준비를 시작하게 되었습니다.
결국 좋은 논문을 낼 수 있었지만 제가 진행했던 또다른 프로젝트였던 Z-DNA binding protein (감사하게도 이 논문도 2020년도에 한빛사에서 소개해 주셨습니다)의 경우 적어도 논문을 쓰면서 하루라도 더 빨리 내야 한다는 압박감은 없었는데, 이 논문은 정말 구조 규명부터 시작해서 논문 accept까지 내내 달렸기 때문에 publish가 결정된 후에 후련하다는 생각이 많이 들었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
저는 서울대학교 생명과학부 구조생물학 실험실에서 최희정 교수님 지도 아래 석박통합과정을 밟고 있습니다. 저희 구조생물학 실험실은 단백질의 구조를 규명하고 이를 바탕으로 다양한 생화학적 실험을 통해 단백질의 기능을 탐구합니다.
실험실에서는 NPY1R과 같은 막단백질에서부터 세포 내부에서 발현되거나 외부로 분비되는 단백질 등 다양한 단백질에 대해 연구하고 있으며, E.coli, Sf9 등의 대량 발현 시스템, 단백질의 정제 및 분석에 필요한 다양한 장비를 갖추고 있으며, X-ray crystallography와 cryo-EM 분석을 위한 시스템도 구축되어 있습니다.
또한 모델링이나 시뮬레이션, XL-MS, HDX-MS, SAXS, in vivo assay 등의 다양한 분석법을 보유한 실험실과 활발한 협업을 통해 단백질의 구조와 기능 분석을 수행하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
요새는 정제도 하지만 cell-based assay를 열심히 하고 있는데, 실험을 할 때마다 microplate가 10장씩 나오곤 합니다. 열심히 진행한 실험들이 쌓이고 쌓여서 논문 한 줄, 작은 피겨 하나가 만들어진다고 생각하면 지칠 때도 있지만, 실험대에 microplate가 이틀치만 쌓여도 벌써 어깨 근처까지 오곤 해서 (변태처럼 탑 쌓지 말고 얼른 치우라고 혼나기도 합니다) 실험을 열심히 하고 있구나 하는 약간의 뿌듯함을 느낄 때가 있습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
드리고 싶은 말씀은 정말 많지만 가장 중요한 한 가지만 말씀드리겠습니다. 운동을 해서 체력을 기르세요. 체력이 있어야 하고 싶은 연구를 마음껏 할 수 있습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
NPY1R 프로젝트에서는 김진욱 박사님께서 프로세싱을 진행하셨는데, 앞으로 진행할 프로젝트에서는 독립적으로도 cryo-EM 데이터 분석을 할 수 있도록 공부를 좀 더 하면서 학위논문 준비를 하려고 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
항상 활발한 디스커션과 함께 연구에도, 연구 외적인 부분에도 많은 가르침을 주시는 최희정 교수님께 정말 감사드립니다. 강현욱 박사님, 김진욱 박사님, 고승범 박사님, 방인진 박사님과도 논문 publish까지 정말 많은 디스커션이 오갔는데 다시 한번 감사드립니다. 정말 고생 많으셨어요. 그리고 협업하셨던 모든 분들과 cryo-EM data collection에 도움을 주신 분들께도 정말 감사드리고, 오늘도 옆에서 신나고 바쁘게 (!) 실험 중인 구조생물학 실험실 식구들과 이제는 졸업한 분들, 여러분 덕분에 무사히 실험실 생활을 이어갈 수 있었습니다. 항상 감사해요.
마지막으로 항상 뒤에서 든든한 버팀목이 되어주는 가족, 특히 실험에 집중할 수 있게 뒷바라지해 주신 저희 외할머니, 고후남 여사님께 정말 감사하다는 말씀을 드립니다.
#Biochemistry
#Structural Biology
#Biophysics
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