이무훈 (The University of Tokyo) | 한빛사 인터뷰 > 한빛사

한빛사 인터뷰

등록2025-02-10
조회354

The University of Tokyo

Nucleic Acids Res., Jan 24 2025, 53 (3) gkaf021 | https://doi.org/10.1093/nar/gkaf021 Selection of initiator tRNA and start codon by mammalian mitochondrial initiation factor 3 in leaderless mRNA translation

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

미토콘드리아는 진핵세포가 사용하는 에너지의 대부분을 생산하는 세포내 소기관입니다. 미토콘드리아는 원시 박테리아가 초기 진핵세포안에 들어가 세포내 공생을 통해 생겨났다는 특징이 있고, 진핵세포의 핵DNA 이외에 미토콘드리아 고유의 DNA(mtDNA), 그리고 이 mtDNA로 부터 단백질을 합성하는 미토콘드리아 독자적인 번역기구를 가지고 있습니다. 미토콘드리아가 세포가 사용하는 대부분의 에너지를 생산하기에, 에너지 수요가 많은 신경계, 근육 등에서 미토콘드리아 번역기구 이상으로 인한 미토콘드리아 질환도 적지않게 보고되고 있습니다. 하지만, 아직까지 핵DNA를 편집하는 기술이 미토콘드리아 DNA에서는 적용이 잘 안되거나 효율이 떨어지는 등의 문제로 아직까지 미토콘드리아 번역기구에 관한 연구는 미개척의 분야로 남아있는 상황입니다.

최근에 저희 연구실에서는 시험관내에 포유류 미토콘드리아 번역기구를 재구성한 mtPURE system (mitochondrial Protein synthesis Using Recombinant Elements system, 번역에 필요한 각 인자, 번역인자, 리보솜, mRNA, tRNA를 각각 정제해서 시험관내에서 번역반응을 재구성하는 시스템입니다)을 발표했습니다(Lee 2021, 2023). 이번 연구에서는, 포유류 미토콘드리아 번역기구의 특징인, leaderless mRNA 및 non-AUG start codon을 이용한 번역개시, 특히 박테리아 번역개시과정에서 initiator tRNA, start codon선별에 관여하는 IF3의 미토콘드리아 버젼인 IF3mt의 기능에 주목해보았습니다. 첫번째 논문에서는 기술적인 문제로 단백질합성에 필요한 tRNA를 대장균, 효모의 tRNA를 이용해서 단백질을 합성했었지만, 이번 연구에서는 일부이긴 하지만 mt-tRNA를 이용한 연구로 예전보다 더 실제 미토콘드리아 번역기구에 가까운 조건에서 해석이 가능했습니다. 장래적으로는 모든 tRNA를 mt-tRNA를 사용해서 단백질합성이 가능한 시스템을 확립하는게 목표이며, 이를 통해 미토콘드리아번역기구와 관련된 질환의 메커니즘에 대한 기여가 가능해지지 않을까 기대하고 있습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

본 연구는 도쿄대학교 신영역창성과학연구과의 메디컬정보시스템전공 분자의과학 연구의 Takeuchi-Tomita Nono 교수님의 지도하에 진행이 되었습니다. 저희 연구실은 시험관내에서 번역기구를 재구성하는 무세포단백질합성법을 이용해 현재 진핵세포의 번역기구를 연구하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

아직 제가 사용하고 있는 mtPURE system도 불완전한 면이 적지않아 있지만, 현재로서는 포유류 미토콘드리아 번역기구를 시험관내에서 재구성해서 연구를 하고있는 곳은 아직 저희 연구실뿐이라고 생각되어집니다. 현재 여러 연구실과도 공동연구를 진행하며 저희 연구실만이 할 수 있는 분자레벨에서의 해석 이점을 살려서 연구를 하고 있는데, 최근에 공동연구를 한 프로젝트가 논문으로 발표되어 보람을 느끼고 있습니다.

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

모든 연구는 시간이 걸리더라도 언젠가 다른 연구나 실생활에 도움이 될 거라 생각합니다. 의미없는 연구란 없다고 생각하기에 자신의 연구에 자부심을 갖고 실험을 하시면 좋을 것 같습니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재 사용하고 있는 mtPURE system는 모든 tRNA를 mt-tRNA를 사용해서 단백질을 합성하는 시스템은 아직 확립이 안 된 한계가 있다고 생각하고 있습니다. mtDNA변이에 의한 미토콘드리아질환의 절반이상이 mt-tRNA변이에서 유래하기에, 앞으로 mt-tRNA관련되서도 연구가 진행될 수 있는 시스템을 확립하는 것을 목표로 하고 있습니다. 그리고 현재까지는 mtPURE system을 이용해서 생화학적인 해석을 해왔었는데, 최근에 제가 속한 도쿄대학교 카시와캠퍼스에 cryo-EM이 설치되어 번역기구의 상세한 정보를 구조적으로도 해석하는 스킬을 배울 계획입니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

먼저 9년간 유학생활을 하면서 공부와 연구에 집중할 수 있도록 응원 및 지원 해주신 가족에게 감사 인사를 드립니다. 그리고 석사, 박사학위 과정을 지도해주시고 연구활동을 가능하게 지원해주신 Takeuchi-Tomita Nono교수님에게 감사 인사를 드립니다. 마지막으로 저번 논문인터뷰에 이어 두번째로 인터뷰를 하게 되었는데, 앞으로도 여러 차례 인터뷰 등을 할 수 있도록 연구활동에 힘을 내도록 하겠습니다.

#미토콘드리아 번역기구
# 재구성법 무세포단백질합성계
# 번역개시과정

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