1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 이번 논문에서 중점적으로 다룬 내용은 mRNA의 5'-end capping quality control에 관련된 단백질의 분자 구조와 새로운 활성의 발견에 관한 것입니다. 진핵 세포내 mRNA의 post-transcriptional modification 과정의 하나인 5'-end capping(5' end에 methylated guanine을 5'-5' 형태로 붙여 주는 과정)에 대해서는 기초 연구가 상당히 진행되었습니다. 하지만 이러한 과정에서 발생하는 error나 incomplete cap에 대한 세포내 처리 과정에 대해서는 아직도 많은 연구가 진행중입니다. 정상 세포와 다르게 nutritional stress에 처한 세포에서는 5' capping이 완벽하게 끝나지 않아 생긴 불완전한 cap, 즉 unmethylated cap이나 triphosphate 등의 중간체들이 생겨나는데 이러한 미숙한 mRNA는 재빨리 제거되어야 세포의 정상적인 활동이 유지될 수 있습니다. 제가 이곳에 join하기 전에 Rai1이라는 단백질이 이러한 unmethylated cap, 또는 triphosphated 5'-end를 인식해서 제거해주는 역할을 한다고 보고가 되었고, 이번에 제가 한 실험에서는 그 유사 단백질로 추정되었지만 전혀 연구가 안된 YDR370C가 unmethylated cap외에 정상적인 methylated cap도 제거해주는 활성을 지님을 발견했습니다. 더우기 이러한 작용이 심지어 정상 세포에서도 발견됨을 통해 5'-end capping은 어느 세포에서든 항상 완벽하게 진행되지 않고 quality control이 반드시 필요함을 밝혔습니다. 그리고 이번 연구의 또 다른 하이라이트는 이 단백질이 비단 5'-cap 뿐 아니라 mRNA 자체를 제거하는 5'-3' exoribonuclease 활성을 함께 지니고 있는 dual nuclease 라는 사실을 최초로 발견한 것입니다. 사실 이 활성은 다른 nuclease로 실험을 수행하는 중에 이 단백질을 negative control로 쓴 것이 오히려 가장 큰 활성을 보여 우연히 발견하게 된 것입니다. 그래서 yeast genetics를 통해 systematic하게 붙여졌던 YDR370C대신 Decapping exonuclease 1 이라는 의미로 새롭게 Dxo1이라고 이름을 부여하게 되었습니다. 처음에 이 프로젝트를 시작할 때는 Rai1과 유사한 단백질이라 큰 기대를 하지 않았고, 심지어 많은 노력을 들여 분자 구조를 얻었지만 예상했던대로 Rai1과 너무 유사해서 간단하게 마무리하려고 했었는데, 의외의 활성을 발견하면서, 공동 연구를 통한 in vivo study까지 추가하여 좀 더 mRNA processing분야에 contribution을 하게 되는 좋은 결과를 얻게 되었습니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다. 제가 소속된 연구실(PI's name : Liang Tong, Ph.D.)은 Dept. of Biological Sciences에 속한 그룹으로서 Columbia University의 main campus에 위치하고 있습니다. 한국에서 학위를 하고 처음 이곳에 왔을 때, 시설이나 기자재가 많이 낡아 보여 약간의 실망감도 있었지만 지금은 너무나 잘 적응해서 얼마전 26년째 작동하던 원심분리기가 과열이 되어 더이상 쓸 수 없다는 말에 침통해했던 기억이 납니다. PI인 Liang Tong 교수님은 UC, Berkeley의 너무나 유명하신 한국인 과학자 김성호 교수님밑에서 Ph.D를 받으시고, Molecular Replacement의 이론을 구축한 Purdue에 계시는 Michael Rossman lab에서 postdoc을 하셔서 나름 정통 crystallography를 하신 유능하신 분입니다. Columbia내에 biochemistry/crystallography 분야를 전공한 교수님은 이곳에 두 분, medical campus에 4~5분 정도 계시며, 그 중 Wayne hendrickson은 오늘날 대부분의 새로운 단백질 구조를 규명하는 중요한 틀이되는 MAD phasing을 창안하신 분이시며, 1986년 부터 HHMI investigator, New York structural biology center 및 NYCOMPS의 운영 위원으로 활동 중이시며, 최근에도 Sulfur를 이용한 native SAD 방법으로 실제 단백질 구조 규명에 성공해 Science에 보고하는 등 왕성한 활동을 하고 계십니다. 학술적으로는 이곳 뉴욕 근교 16개의 학교 및 연구소들이 주축이 된 NYSBDG(New York Structural Biology Discussion Group)이 연 2회 conference를 개최하여 많은 연구 성과를 발표하고 토론하는 좋은 기회가 있습니다. 또한 KBCU(Korean Biologists at Columbia University)라고 하여 한 달에 한 번 Columbia내 다양한 전공의 한인 과학자들이 모여 열띤 토론과 활발한 학술 교류를 진행하고 있습니다. 3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람 첫 번째는 너무나 당연한 것이지만 무엇이든 포기하지 않고 꾸준히 노력하다 보면 결국에는 이루게 되는 것 같습니다. 특히 제가 전공하는 분야는 논문으로 마무리되기까지 넘어야할 산과 불확실한 것들이 너무 많습니다. 작년 논문에서 결정의 해상도를 improve 하기 위해 6개월 동안 1,300 여개의 결정을 테스트할 때는 머릿속에 많은 고민과 생각들이 교차했습니다. 하지만 꼭 될 것이라는 의문 투성이의 긍정적인 생각이 어느 순간 목표로 이끌게 됨을 몸소 느끼고 있습니다. 두 번째는 새로운 아이디어나 궁금증이 있으면 그게 그다지 중요해 보이지 않더라도 실행해 보는 것이 중요한 것 같습니다. 물론 실험에 있어 상당 부분 priority나 예상 결과를 가지고 실험하지만 저의 경우 애착을 가지고 실험한 것 보다는 궁금했거나 사소한 least priority에서 예상치 못한 결과를 얻는 수가 다반사였습니다. 이번 결과도 마찬가지입니다. 물론 사람들마다 다르겠지만 저 경우 그에 따른 즐거움이나 기쁨이 상당히 컸기에, 목표를 향해 전력 질주하는 것도 중요하지만 틈틈이 속도를 줄여 작은 것들을 짚어 보고 가는 것이 꼭 필요하다는 것을 실감하고 있습니다. 4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면? 아시겠지만 요즘 추세는 interdisciplinary한 학문입니다. 본인이 특히 흥미가 있는 분야외에도 다양한 분야에 관심을 가지는 것이 중요하다고 생각됩니다. 특히 이곳에 와보니 제가 속한 실험실을 포함하여 몇몇 대학원생들은 서로 다른 두 실험실에서 Joint로 연구를 수행하고 있습니다. 예를 들면 이번에 rotation을 마친 대학원생은 앞으로 C. elegans를 이용한 신경 세포 발생 및 분화를 연구하는 실험실과 Cryo-EM을 전공하는 실험실 모두에 적을 두고 동시에 연구를 수행할 것이라 합니다. 물론 두 배의 노력이 필요하겠지만, 제 생각에 특히 단백질 결정학에 흥미를 가지고 있는 예비 학생들이라면 이러한 joint program이 가능한 곳을 생각해보는 것도 좋을 것 같습니다. 5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면? 일단 단기적으로는 이번 연구에서 확인된 Dxo1 단백질의 새로운 활성을 바탕으로 분자 수준에서 좀 더 구체적으로 어떻게 decapping 활성과 5'-3' exoribonuclease 활성을 동시에 가질 수 있는지에 대한 그 효소화학적 기작을 밝히기 위해 매진할 계획입니다. 장기적으로는 좀 더 영역을 넓혀 nucleic acid metabolism 전반에 관련된 새로운 타겟 단백질 또는 질병에 관련된 다양한 분자들을 대상으로 구조 및 기능과의 연관성과 그 생화학적 특성에 대해 연구해보고 싶습니다. 6. 다른 하시고 싶은 이야기들.... 먼저 이곳에서 즐겁게 실험하고 생활할 수 있도록 많은 지도 및 배려와 격려를 해주신 Liang Tong 교수님께 깊이 감사드리고, 학위 기간 많은 가르침과 조언을 해주신 조윤제 교수님께도 진심으로 감사드립니다. 덕분에 이곳 Columbia에서 많은 일을 할 수 있는 밑거름이 되었습니다. 다음으로는 멀리 있는 저희 가족을 위해 한국에서 물심양면으로 항상 관심과 걱정을 해주시는 부모님과 장인, 장모님께 감사의 말씀 올립니다. 그리고 부족한 저를 위해 도움을 주신 실험실 동료외 주위의 많은 분들께도 감사 인사드립니다. 마지막으로 무엇보다도 제가 실험에만 몰두할 수 있게끔 항상 옆에서 내조해주는 예쁜 아내와 귀여운 딸 연주가 있었기에 좋은 성과를 낼 수 있었고, 두 달 후면 태어날 연주 동생 태명 "둘째"에게도 고마움을 전하겠습니다.