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경상대학교 응용생명과학부/환경생명과학국가핵심연구센터 김재연 교수 (1)
"식물 세포 사이에 신호전달 연구"

인터뷰 내용
 - 실험실 소개와 연구 주제
 - Plasmodesmata 구조와 기능
 - 식물세포 간 신호전달 연구 내용
 - 대표적인 연구 성과
 - 앞으로 연구 계획과 방향
 - 대학원생 모집과 인재상

일시: 2005년 10월 28일, 오후 7:00

장소: 경상대학교 응용생명과학부

김재연 교수 약력




실험실 동영상 보기

실험실 소개와 연구 주제

"우리 연구실은 식물체를 모델로 세포와 세포 사이, 조직과 조직, 기관과 기관 사이에 어떤 정보 물질이 어떤 방법으로 이동하고 이동 통로가 무엇인지, 그 기작을 밝히는 연구를 하고 있다. 특히 식물에는 세포와 세포를 연결하는 plasmodesmata라는 채널이 존재한다. 이미 오래 전부터 존재는 알려졌지만 분자 수준에서 기능과 조절 기작에 관해서는 아직 연구가 많이 안 된 상태이다. 우리 연구실은 이 plasmodesmata를 중심으로 연구를 진행하고 있다."

Plasmodesmata 구조와 기능

"식물 세포를 단순히 multicell이라고 하지 않고 supracellular라고 하는데, 한 세포 내에서 생체 활동에 필요한 모든 것이 만들어지지 않고 다른 곳에서 만들어진 RNA, 단백질, 여러 가지 신호 물질들이 이동을 한다. 이런 여러 물질이 세포와 세포 사이에 전달되는 통로가 plasmodesmata이다. Plasmodesmata 구성을 보면 세포벽이 중앙에 있고 세포벽 주변으로 세포막과 중간에 endoplasmic membrane이 존재한다. 그리고 우리가 아직 모르는 수많은 단백질 복합체로 이뤄져 있다. 물질이동은 주로 plasmic membrane과 endoplasmic membrane 사이에 존재는 마이크로 채널에서 이뤄진다."

실험실 소개와 연구 주제

"생물체가 살아가는데 기본적으로 환경과 상호작용을 하면서 생명현상을 유지한다. 하나의 세포 입장에서 바라보면 이웃에 있는 세포가 일차적인 환경이 된다. 이웃에 어떤 세포가 있느냐, 그리고 어떤 정보를 주고받느냐에 따라 그 세포의 운명이 결정된다. 기본적으로 한 식물체 내 모든 세포는 같은 유전형질을 가지고 있지만 분화되어 가면서 어떤 환경과 위치에 놓이느냐에 따라 세포 운명이 달라진다.

옆 세포와 어떤 시그널로 커뮤니케이션을 할까? 고전적으로 이온이나 영양물질, 호르몬 같은 것이 많이 알려져 연구되어 왔다. 최근에는 RNA나 DNA, 단백질과 같은 생체 고분자들이 조절적으로 세포들 간에 이동하면서 정보를 주고받는다는 것이 알려지고 있다. 우리 연구실에서는 이것에 관심을 가지고 신호 이동의 메커니즘과 기능을 밝히는 연구를 하고 있다.

물론 식물에서 물질의 이동에는 물관과 체관이 그 역학을 하는데 이것은 주로 장거리 이동에 쓰이고, 단거리는 plasmodesmata가 이용된다."

대표적인 연구 성과

"지도 교수인 David Jackson이 Cold Spring Harbor Laboratory에서 근무한지 2년 정도 되었을 무렵 내가post-doc.을 가게 되었다. 이전에 다른 박사가 이 연구를 한 2년 정도 하다가 별로 결과를 내지 못하고 나갔고 나도 처음 1년 정도는 결과를 얻지 못해서 세포 간에 단백질 이동에 관해 회의를 느꼈었다. 이후에 연구를 계속하면서 차츰 확신이 생겼다.

먼저 전자인자인 KNOTTED1 단백질(이미 옥수수에서 세포간 이동성을 확인하였음)을 가지고 실험하기 쉬운 시스템인 애기장대로 옮겨와서 이동성을 확인하였다. 그리고 돌연변이 실험을 통해서 세포간 단백질 이동이 그 단백질 기능을 위해서 필요하고 중요하다는 것을 밝혔다.

지난 2005년 4월 Genes&Dev. 에 발표한 논문도 이 연구 주제 선상에 있는 결과이다. 초기 실험이 잘 안 풀리고 회의를 느낄 때 여러 각도의 아이디어를 낸 것 중 하나였다. 하지만 당시 지도교수와는 생각이 달라서 이 주제를 놓고 많이 싸웠었는데 운 좋게 결과가 나왔다. 지금까지 단백질 이동을 분석할 수 있는 시스템이 거의 없어서 연구가 굉장히 어려웠다. 기존의 알려진 시스템은 형광 유전자를 특정 유전자에 붙이거나(gene fusion) 단백질을 분리해서 형광색소를 입히고 microinjection해서 세포간 이동을 보는 정도였다. 이 방법은 일반적인 기술로는 잘 되지 않는 아주 어려운 실험이다. 그래서 눈에 안 보이는 단백질 이동을 손쉽게 대량으로 볼 수 있는 방법을 고민 했었다.

식물 표피세포에는 trichome이라는 털 세포가 있는데 애기장대에서 이미 연구가 아주 잘 되어 있었다. 털 없는 돌연변이(GL1)를 이용해서 trichome 유전자를 표피 세포가 아닌 속 세포에서 발현시켰다. 이때 우리가 연구하던 세포이동성을 돕는 단백질 유전자(KNOTTED1)를 trichome 유전자에 붙여 함께 발현하면 trichome이 속 세포를 이동해서 표피로 나오는 것을 눈으로 확인할 수 있다. 이런 분석법을 개발한 것이 이 논문의 첫 번째 중요성이고, 이 분석법을 통해서 KNOTTED1 어느 부위에 신호가 있어서 기능을 하는지 확인한 것이 두 번째 중요성이다. 지금까지 KNOTTED1의 homeodomain은 DNA 결합 도메인으로만 알려졌는데 세포간 이동 역할도 하는 것을 밝혔다. Homeodomain 상동체를 가지고 실험한 것에서도 같은 결과를 얻었다."

앞으로 연구 계획과 방향

"먼저 지금 하고 있는 세포간 이동 연구를 계속 진행해 나갈 것이다. 애기장대에는 KNOTTED1 상동체들이 많이 존재하고 돌연변이체도 많이 밝혀져 있다. 이들 상동체의 세포간 이동과 기능, 다른 세포에 미치는 영향을 연구하고 있다. 두 번째, KNOTTED1 단백질은 확산으로 이동하는 것이 아니라 선택적으로 이동한다. 선택적인 이동을 도와주는 다른 요소를 찾는 연구를 진행하고 있다. 세 번째, KNOTTED1이 세포간 이동하는 채널인 plasmodesmata의 구성과 조절인자를 찾아내기 위해서 프로테오믹스 방법으로 접근하고 있다.

그리고 식물은 체관을 통해서 굉장히 많은 단백질과 RNA가 이동한다. 체관은 분화되는 동안 핵과 ribosome을 잃어버리기 때문에 RNA와 단백질을 만들 수 없는데 체관 액을 빼서 보면 실제 RNA와 단백질이 많다. 이것들은 체관 주위 세포로부터 만들어져 이동해 왔을 것이라 예측할 수 있다. 체관 액에 존재하는 단백질과 RNA를 분석하는 것이 세포 사이에 생체물질 이동과 신호전달 연구에 상당한 접근방법이 될 것이다. 이 실험도 지금 프로테오믹스 기법을 사용해서 단백질을 분석하고 있다.

최근에는 RNAi를 이용한 유전자 발현 조절 기술을 연구에 많이 도입되고 각광을 받고 있다. 식물체에도 RNAi 연구 도입되어 많은 연구가 진행되고 있다. 식물체 내에서는 RNAi에 의한 gene suppression 신호가 체관과 plasmodesmata를 타고 다른 조직으로 이동하면서 시스테믹하게 발생한다. 이런 RNA의 이동을 매개하는 메커니즘을 찾아내기 위해 돌연변이 스크리닝을 하고 있다."

대학원생 모집과 인재상

"현재 우리 실험실에는 박사 과정 학생 1명, 석박사 통합과정 1명, 석사 3명, 연구원이 2명으로 구성되어 있다.

결국 모든 일은 사람이 하는 것이기 때문에 연구원 모집이나 학생을 받는 것은 모든 교수들이 가장 심혈을 기울이는 일 중의 하나다. 능력 있고 의지가 강한 사람을 뽑아야 하는데 그런 사람을 구하기가 이곳 경상대학교에서도 굉장히 어렵다. 우수한 학생은 대부분 서울 지역으로 빠져나가고 사실상 지역에는 많이 남아있지 않거나 있다해도 취업을 선호하는 편이다. 그래서 욕심 같아서는 우수한 학생과 함께 일을 하면서 뭔가 좋은 결과를 내고 싶지만 실험실 문을 두드리는 학생이 많지 않다. 그래서 상대적으로 외국 학생을 많이 뽑고 있다.

그러나 경상대학교에서 자랑으로 내세우는 것 하나는 보통 학생을 뽑아서 우수한 인재로 만든 것이다. 이미 선배 교수님들이 그것을 보여 왔다. 아직은 내 자신도 초보 교수이기 때문에 우리 연구실에서 실수투성이인 학생들을 보면 어떻게 그렇게 열심히 연구해서 좋은 성과를 내고 훌륭한 학생으로 만들 수 있을까 하는 생각에 가끔 자신이 없어지기도 한다.

우리 학생들을 보면서 안타까운 것은 우리나라 교육제도 아래 모든 기준이 시험과 학벌로 나눠지고 결정 되어, 그 속에서 본인이 가지고 있는 잠재능력까지도 고정화 해버린다는 것이다. 이미 자기 능력의 틀을 정해놓고 생각을 한다. 충분히 더 잘할 수 있는데도 자신이 없어 한다. 할수 있다는 강한 의지나 자신감이 먼저 필요한 것 같다."

관련 사이트: Cell Communication Lab.

기자: 장영옥
촬영/사진: 이강수, 박지민
동영상 편집: 유숙희

  
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