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[기획]학술상 수상자:포항공과대학교 생명과학과 오병하 교수 (1)
"구조생물학 연구는 단백질의 작용 기작을 밝히는 가장 좋은 툴"

인터뷰 내용
 - 한국과학상 수상의 소감
 - POSTECH 구조생물학 연구실 소개
 - 구조 규명한 대표적인 단백질
 - 단백질 구조 규명의 의의
 - 구조 규명 연구분야가 가지는 특징
 - 단계별로 어떻게 진행이 되나?
 - POSTECH에서의 연구활동

일시: 2008년 2월 29일, 오전 10:00

장소: POSTECH 생명동

오병하 교수 약력

한국과학상 수상의 소감

"조크를 하자면, 저는 죄가 없고 심사위원들이 뽑아놓은 거니까 그 사람들이 사고를 냈다라고 생각을 하는데, 솔직히 빚졌다고 생각한다. 많은 사람들이 아시겠지만, 우리나라 생명과학이 엄청나게 발전했고 잘 하는 사람들도 굉장히 많은데 제가 선정이 되어 미안하다. 생명과학 분야에 빚을 졌다고 생각을 하고 좀 더 열심히 해야 되지 않을까 생각하고 있다."

POSTECH 구조생물학 연구실 소개

"우리들은 X선 결정학 방법으로 구조를 규명하고, 그것에 근거를 해서 여러 생화학적, 세포생물학적 실험을 한다. 이를 통해서 단백질들이 어떻게 일을 하는지에 대한 작용기작(action mechanism)을 연구하고 있다. 예를 들어서 어떤 단백질이 DNA를 수선한다 라고 알려져 있으면 기능은 아는 거지만 어떻게 수선하는지 모른다는 것이다. 어떻게 잘못된 base를 찾아가고 그 다음에 어떻게 화학적으로 고치는지, 그러한 작용기작을 알아내는 일을 한다. 이 때 구조가 가장 결정적인 정보를 주기 때문에, 구조생물학적 연구는 어떤 단백질의 생화학적 작용기작을 밝히는데 있어서는 가장 좋은 툴이라고 생각한다.
분야로는 면역 관련, 특히 선천성 면역에 관련된 단백질들의 연구를 하고 있다. 그러나 그 뿐 아니라 생물학적 연구 가치가 크다고 하면 다른 분야에 속한 단백질도 연구하고 있다."

구조 규명한 대표적인 단백질

"우리가 구조를 규명한 것들은 랩 홈페이지에서 볼 수 있다. 예를 들어서 우리 위장 속에는 헬리코박터가 살고 있는데, 위는 아시다시피 산성이 굉장히 높다. 그래서 미생물들이 다 죽어버리는데 헬리코박터는 산다는 것이다. 그 때 중요한 역할을 해주는 효소가 Urease, 즉 요소분해효소이고 그 구조를 연구한 것이 대표적인 것 중에 하나라고 할 수 있다.

또 다른 하나는 CAD의 구조 연구이다. 세포 사멸이 일어나면 최종적으로 DNA가 다 해체되는데 이 때 DNA를 가수분해하는 효소가 CAD라는 단백질이다. CAD 단백질은 사실 세포가 죽을 때만 활성화 되어야 하지 평상시에 활성화된다면 DNA를 잘라 세포가 다 죽어버리기 때문에 굉장히 곤란하다. 아주 타이트하게 효소 활성이 억제되고 있는데, 어떻게 억제되는지, 어떻게 활성화되는지 그러한 것을 규명하기 위해서 CAD의 구조를 했었다.

최근에 7개의 sub-unit으로 된 거대 complex의 구조를 연구했던 것도 대표적인 것이라 할 수 있다. 그것은 면역과 다소 관련이 있기는 하지만, 직접적으로는 단백질 운송과 관계 있는 complex이다.
서론적으로 얘기하자면 우리 세포 안에는 여러 compartment가 있고 Subcellular compartment (세포 소기관)에 있는 단백질이 다 다르다. 재밌게도 단백질이 소포체(endoplasmic reticulum)에서 합성된 다음에 자기가 갈 목적지를 알아서 간다는 것이다. 굉장히 신기하다. 그래서 어떤 목적지로 갈 것인지를 포장을 해 주고, 그 다음에 정확히 목적지에 전달 해 주어야 되는 것이다. 두 가지 과정이 중요하다. 예를 들면 포항으로 가야 하는 것은 포항으로 가야 하는 것 대로, 서울로 가야 하는 것은 서울로 가야 할 것 대로 포장하고 나누어 분류한 다음 우편주소 붙여 보내는 것과 같다. 그 다음으로, 목적지에서는 정해진 목적지에 갈 것만 받아들이는 과정이 중요하다는 것이다. 두 가지 과정을 통해 correct delivery가 일어난다. 우리가 연구했던 거대 complex는 최종 목적지에서 delivery에 관계하는 것이다. 그것은 마치 우편 배달부가 마지막 순간에 전달하는, 배송지로 전달 해주는 역할을 하는 단백질이었다."

단백질 구조 규명의 의의

"앞서 말씀 드렸던 complex를 결착인자라고 한다. 목적지인 compartment에 붙게 되면 membrane fusion이 일어나서 운송된 단백질이 세포 소기관에 최종적으로 전달이 되는데 그것을 결착인자라고 한다. 결착인자에는 여러 종류가 있고 대부분 여러 단백질의 거대 복합체이기 때문에 생화학적으로 연구하기가 굉장히 힘들었다. 그래서 이것이 어떻게 작용하는지 미스터리였다. 우리들이 했던 것은 결착인자 중에서 첫 번째 구조이고, 그럼으로써 어둠 속에 있던 것을 바깥으로 끌어낸 것이다. 아직까지 정확한 기작은 다 모르지만 시공간적으로 결착 또는 membrane fusion에 관계하는 여러 단백질들을 끌어들이는 hub의 역할을 해 주는 것이다 라는 것은 우리가 알 수 있었다. 구조를 알게 되면 그 구조에 근거해서 여러 가지 세포 생물학적 또는 생화학적 실험을 디자인 할 수 있기 때문에 그런 의미에서 향후 연구의 기틀을 마련했다고 생각하고 있다."

타 분야에 비해 구조 규명 연구분야가 가지는 특징

"구조를 규명하면 Atomic picture를 주니까 굉장한 정보를 준다. 예를 들어 바퀴가 동그랗게 생긴 것은 굴러가는 기능을 하기 위해서이다. 단백질도 마찬가지이다. (단백질이) 어떤 구조를 하고 있는데, 그 구조는 기능을 하기 위해서 그렇다는 것이다. 구조를 보면 기능에 대한 insight를 바로 얻을 수 있다는 것이다.

그럼에도 불구하고, 구조를 규명함으로써 알고 싶은 기능들은 사람들이 모두 알고 싶어 하는 것이어야 하지 뻔한 걸 하면 곤란하다. 그래서 구조를 규명하기 전에 제일 먼저 생각해야 될 것이 우리가 이 구조를 풀면 사람들이 정말 궁금해 하는 그러한 정보를 줄 것이냐 라는 것을 생각해야 한다. 그것이 힘든 점이다. 우리가 구조를 풀어서 정말 좋은 information을 줄 것이냐 하는 것을 생각하는 것이 참 힘들다."

단계별로 어떻게 진행이 되나?

"구조 규명 자체가 목적은 아니다. 구조를 규명하는 이유는 어떤 단백질의 작용기작을 알기 위해서 하는 것이다. 구조 규명이 시작점이라 할 수 있고 구조를 보면 insight가 생긴다. 이런 일을 하겠구나 생각이 되면 그것을 실험적으로 확인해야 된다. 그러다 보면 (연구방향이) 어디로 튈 지 모른다. 생화학적인 실험이 될 수도 있고 세포생물학적인 실험이 될 수 있다. 그래서 어떤 실험 장비가 꼭 필요하다 라는 얘기는 할 수 없다. 우리가 가지고 있는 간단한 실험 장치로 진행될 수도 있고, 경우에 따라서는 전혀 다른 전문가들과 collaboration을 통해서 해야 될 때도 있다.

얼마 전 발표한 연구결과 역시 마찬가지로, 구조를 규명하고 나서 기능에 대한 insight가 생겼고 세포생물학적인 실험을 했어야 됐다. 그래서 캐나다에서 세포생물학을 하는 Michael Sacher 박사와 같이 공동 연구를 해서 그렇게 했었다. 근데 계속 하다 보니까, 나중에는 Electron Microscopy(EM)가 필요했다. 우리는 그것을 가지고 있지도 않고 전문가도 아니어서 하버드에 있는 Thomas Walz 박사와 같이 하자 해서 공동연구를 하게 되었다."

POSTECH에서의 연구활동

"포항 가속기 연구소가 바로 옆에 있어서 굉장히 좋다. 여기 건물에서 실험동까지 한 700m 정도 되는데, 다른 사람들은 비행기 타고 내려오거나 차 타고 오는데 우리는 걸어가면 되니까 굉장한 장점이다.

생물학을 연구하는데 있어서는 POSTECH이 장점이 많은 것 같다. 생물학적 실험은 자기 스케줄 대로 실험하기가 좀 힘들다. 예를 들어, 미생물이 자라면 거기에 맞춰야 되기 때문에 실험실이 가까이 있을수록 좋다. 아시다시피 POTSECH은 대학원생들에게 기숙사를 제공해 주니 실험실이 가까워서 왔다 갔다 하면서 실험을 할 수 있어 커다란 장점이 된다. 반면에 서울에 있는 대학에 다니는 대학원생들은 대부분 기숙사에서 지내지 않기 때문에 집과 실험실이 멀어서 실험을 맞춰서 하기가 힘들다. 컴퓨터 관련 연구라면 좀 다를지도 모르지만, 생물학 실험을 하기에는 참 좋은 것 같다."

관련 사이트: POSTECH 구조생물학 연구실

기자: 박지민
촬영/사진: 이강수
동영상 편집: 유숙희, 김성진

  
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