한빛사 인터뷰
- 등록2025-06-16
- 조회1,322
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
단백질의 Posttranslational modifications (PTMs)은 단백질의 구조, 안정성, 활성, 세포내 위치 등을 정교하게 조절하는 주요 메커니즘 중 하나로, 생명체 전반에 걸쳐 중요한 생리적 역할을 수행합니다.
다양한 PTMs 중에서도 lysine acetylation은 단백질 내에서 역동적 기능 조절의 허브로 작용하는 lysine 잔기의 상태를 변화시킴으로써 다양한 생리학적 반응과 환경 적응에 핵심적인 기여를 합니다.
이번 연구에서는 대장균 (Escherichia coli)에 존재하는 Protein Lysine Acetyltransferase (PatZ) 단백질의 3차원 구조를 Cryo-EM 기법을 통해 규명하였습니다. 그 결과, Acetyl-Coenzyme A (AcCoA)가 Catalytic domain인 GNATD에 결합하는 것뿐만 아니라, Regulatory domain 중 하나인 CBD에도 결합하여 allosteric regulation을 통해 PatZ의 active conformation 형성을 유도함을 분자생물학적으로 증명하였습니다. 이러한 구조적 이해를 통해 효소 활성 조절 메커니즘과 substrate specificity 형성 과정까지 새롭게 규명하였습니다.
최근 박테리아에서의 단백질 lysine acetylation 연구는 대사 흐름 조절, 스트레스 반응, 병원성 발현 조절 등 다양한 기능과 밀접하게 연관됨이 밝혀지고 있습니다. 특히 GNAT family의 acetyltransferase는 많은 박테리아에 분포하며 진화적으로 보존되어, 내부 에너지 상태나 환경 변화에 따른 효소 활성을 정교하게 조율하는 중요한 메커니즘을 제공합니다.
본 연구에서 PatZ의 allosteric regulation 및 substrate pocket 형성 기작을 분자 수준에서 규명한 것은, 하나의 단백질의 특성을 넘어서 박테리아 acetylation 조절의 근본 원리를 이해하는 데 기여하며, 향후 대사공학, 합성생물학, 항생제 내성 대응 전략 개발 등 다양한 응용 분야로 확장 가능성을 제시하는 중요한 성과라 할 수 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
제가 소속된 연구실은 서울대학교 자연과학대학 생명과학부 미생물생리학 연구실입니다. 본 연구실은 석영재 교수님의 지도하에, 다양한 세균에 존재하는 단백질-단백질 상호작용을 탐색하고, 이러한 상호작용이 갖는 생리학적 의미와 조절 메커니즘을 규명하는 연구를 수행하고 있습니다. 교수님께서는 구성원들의 연구를 항상 전폭적으로 지원해 주실 뿐만 아니라, 필요한 경우 국내외 연구진과의 협업도 적극적으로 추진해 주십니다.
이번 연구 역시 이러한 협력적 연구 환경 덕분에, 서울대학교 생명과학부 노성훈 교수님 연구실과의 긴밀한 협업을 통해 PatZ 단백질에 대한 구조 및 기능 연구를 성공적으로 진행할 수 있었습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
대장균을 연구하면서 미생물 연구의 재미와 어려움을 동시에 많이 느끼고 있습니다. 고전적인 방법부터 최신 기술까지 다양한 연구 방법들이 잘 정리되어 있어, 시도할 수 있는 폭이 넓다는 점은 큰 장점입니다.
반면, 이미 많은 연구가 이루어져 있는 분야인 만큼, 새롭게 의미를 찾거나 차별화된 시각을 제시하기 위해 더 많은 고민과 노력이 필요한 부분이라는 점에서 늘 도전 의식을 느끼고 있습니다.
그래도 연구를 계속하다 보면 아직도 미생물에 대해 우리가 모르는 부분이 많다는 것을 매번 새롭게 깨닫게 되고, 그 안에 얼마나 다양한 가능성이 숨어 있는지를 발견할 때마다 큰 흥미를 느낍니다.
그런 가능성을 탐구하다 보면, 작은 발견 하나하나가 생각보다 큰 의미로 다가오는 순간들이 있습니다. 특히, 막혔던 부분이 풀렸을 때나 아무도 모르는 사실을 내가 처음 확인했을 때, 또는 여러 가지 흩어져 있던 정보들이 하나로 연결될 때 느끼는 재미와 성취감은 정말 크고, 그 경험이 지치지 않고 계속 나아갈 수 있게 해주는 가장 큰 원동력이 되는 것 같습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
아직 연구 기간이 길지 않아서, 후배들에게 도움이 될 만한 이야기를 들려주기는 조금 조심스럽습니다. 그래도 평소에 제가 스스로 다짐하고 있는 마음가짐을, 부끄럽지만 한 번 공유해 보고 싶습니다.
저는 ‘항상 전력을 다하자’고 마음속으로 자주 되새깁니다. 아직 많이 배우는 단계라, 연구를 진행하다 보면 자주 막히는 구간도 생기고, 그럴 때마다 스트레스도 받고 고민도 많아지곤 합니다. 그럴수록 조금 더 공부하고, 아이디어가 떠오르면 주저하지 않고 시도해 보는 자세가 중요하다고 생각합니다.
가끔 연구가 잘 풀리고 진도가 나갈 때는, 신난 마음에 할 수 있는 실험들을 몰아서 진행하곤 합니다. 저는 그럴 때일수록 전력을 다해 꾸준히 즐기면서 연구하자는 마음으로 계속해 나가려고 합니다. 쉬는 건 꼭 따로 계획하기보다는, 연구를 하다 보면 자연스럽게 흐름에 따라 쉬어 가게 되는 경우가 많더라고요. 그래서 저는 몰입할 수 있는 시기에는 최대한 전력을 다하고, 리듬을 유지하려고 노력하고 있습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 연구를 통해 PatZ 단백질에 대한 구조 및 기능 연구를 규명하면서, PatZ 단백질이 대장균에서 아직 밝혀지지 않은 생리학적 의미를 가질 수 있을 것 같다는 생각을 하였습니다. 그래서 앞으로는 PatZ 단백질의 생리학적 역할과 조절 메커니즘을 더 깊이 탐구해보고자 합니다. 궁극적으로 유사한 조절 기작을 가지는 다른 박테리아에서도 그 응용 가능성을 탐색해보고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
항상 전폭적인 지원과 가르침을 주시는 존경하는 석영재 교수님과, 이번 연구를 통해 자기 데이터를 더 객관적으로 보는 시각을 길러 주신 노성훈 교수님께 감사의 말씀을 드립니다.
이번 연구를 진행하면서, 다른 연구실 소속임에도 정말 많은 이야기를 나누고 함께 이끌어 주신 박준배 박사님께도 진심으로 감사합니다. 같이 고생한 한유연 학생, 많은 조언을 해 주신 허규 박사님, 그리고 함께 고민해 주고 토론해 준 우리 LOMP 연구실 동료분들께 감사드립니다. 마지막으로 개인적으로 필요할 때마다 찾아가서 도움을 요청 드리면 항상 흔쾌히 반겨 주시고 함께 고민해 주신 서울대학교 홍성현, 윤진녕 학생과 연세대학교 김의진, 최민형 학생께도 감사의 인사를 전합니다.
끝으로 학부생 때부터 BRIC, 한빛사에 소개되는 것이 저의 로망이었습니다. 앞으로도 꾸준히 인사드릴 수 있도록 더욱 최선을 다하겠습니다.
#미생물생리학
# 분자생물학
# PatZ
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