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최현규
최현규(Hyun-Kyu Choi) 저자 이메일 보기
KAIST, 서울대학교
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Watching helical membrane proteins fold reveals a common N-to-C-terminal folding pathway

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

본 논문은 막 단백질(membrane protein)의 발생 및 형성(biogenesis)에 관한 연구입니다. 막 단백질은, 리보솜(ribosome)이 신호펩타이드(peptide)와 신호인식단백질(signal recognition particle)의 도움을 받아 막에 존재하는 트랜스로콘(translocon)에 장착이 되면, 만들어지기 시작합니다.

특히, 저의 연구는 '막 단백질이 만들어질 때 어떤 일들이 일어나는가?' 에 관한 연구라고 할 수 있습니다. 막 단백질의 80%를 차지하고 있는 알파-나선 막 단백질(alpha-helical membrane proteins)은 30년 가까이 2단계 모델(two-stage model)을 따른다고 알려져 있습니다. 첫 번째 단계는 리보솜으로부터 합성된 아미노산이 안정화된 나선 형태를 이룬 뒤 막에 삽입되는 과정이고, 두 번째 단계는 삽입된 나선들이 상호작용하여 구조를 이루는 것 입니다. 이러한 막 단백질은 수용성 단백질(soluble/globular protein)과 달리, 막이 존재하기 때문에 접힘과 풀림 현상에 있어 그 경로가 복잡하다고 알려져 있습니다.

그렇기 때문에 막 단백질이 풀리고 접힐 때의 경로를 알고 그 경로에 존재하는 부분 구조들(intermediate states)의 물리적 특성을 알아내는 것은 생물물리학적으로 중요하다고 할 수 있습니다. 단분자 힘 분광기술(single-molecule force-spectroscopy)의 발달로 인하여, 막 단백질이 갖고 있는 물리적 특성들(자유에너지(free-energy), 안정성(stability) 그리고 동역학(kinetics) 등)을 알아내는 연구가 많이 진행되어 왔음에도 불구하고, 지금까지의 다양한 연구들은 실험적 접근성의 한계로 인하여 막 단백질의 접힘을 직접 관찰하기보다 풀림 현상만을 관측하는 연구를 해왔습니다.

본 논문은 이러한 한계를 최대한 극복하고 접힘 현상을 직접 관찰하여 분석을 통해 생물학적 함의(implication)를 도출했다는 것에 의의가 있다고 할 수 있습니다. 본 연구를 통하여, 이미 만들어진 나선들이 단지 막에서 기다리는 것이 아니고, N말단부터 C말단 방향으로 나선 헤어핀(helical-hairpin, 2개의 나선) 단위를 갖으며 점진적인 접힘이 일어난다는 사실을 알게 되었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

제가 소속되어 있는 연구실은 서울대학교 생명과학과, 유전공학연구소의 단분자 시스템 생물학 연구실이며, 지도교수님이신 윤태영 교수님의 지도를 받아, 서울대학교 생명과학과 최희정 교수님 연구실, UCLA의 짐 보위 (James U. Bowie) 교수님 연구실과 공동 연구를 하였습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

본 논문과 관련된 실험을 처음 시작했던 2017년 초부터 논문이 출판되기까지 3년 가까이 연구활동을 하면서 느낀 점은 "쉬운 일은 없다" 인 것 같습니다. 물리학 전공이었던 제가 생물학과 관련된 연구를 한다는 것은 새로운 도전이었고, 쉽지만은 않았습니다. 하지만, 생물물리학이란 융합학문을 잘할 수 있는 필요충분조건이 두 학문 모두 조예가 깊어야 한다는 것을 알기 때문에, 자부심을 갖고 열심히 공부하고 실험하며 연구해오고 있습니다.

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

저도 아직 배우고 있는 대학원생이고 배워야할 것이 많기에, 누구에게 감히 도움이 되는 조언을 할 입장은 아니지만, 제가 좋아하는 단어를 소개하고 싶습니다. 17세기 잉글랜드 왕국의 철학자이자 정치사상가인 존 로크의 인지론을 대표하는 라틴어인 '타불라 라사'입니다. 직역하면 '깨끗한 석판'이란 뜻으로, 결국 인간은 감각적인 지각활동과 경험에 의하여 지각/지적 능력이 형성된다는 의미를 담고 있습니다. 연구를 하는 것 역시 이와 같다고 생각합니다. 처음부터 모든 것을 능숙하게 알고 감각적인 손을 통해 실험을 일사천리로 진행하는 사람은 확률적으로 극히 드물다고 생각합니다. 유명한 과학자들 역시 처음 실험을 했을 때가 있었고, 한번쯤 실수했을 때가 있었다고 생각하기 때문에, 실험을 처음 배우거나 시도할 때 주저하거나 두려워하지 않았으면 좋겠습니다. 경험을 통해 더 나아질 것이라 확신한다면 연구를 시작하고 진행할 때 더 긍정적인 효과를 줄 것이라 생각합니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

본 논문에서 모델 시스템으로 사용되었던 막 단백질인 GlpG(Rhomboid protease, E.coli)와 Beta2-Adrenergic Receptor(GPCR family A, human)은 각각 막 통과 나선(Transmembrane helix/domain, TMD)이 6개, 7개 입니다. 다음 연구는 TMD가 12개, 24개 등 상대적으로 구조의 규모가 큰 막 단백질의 접힘 경로에 대하여 실험할 계획이 있습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

먼저, 연구를 끝까지 열성적으로 지도해주신 윤태영 교수님께 감사하다는 말을 전해드리고 싶습니다. 또한 공동연구를 통하여 정말 많은 도움을 주신 최희정 교수님과 Jim교수님께도 감사하다는 말을 전하고 싶습니다. 마지막으로, 연구로 인하여 바쁘다는 핑계로 자주 찾아 뵙지 못하였음에도, 묵묵하게 뒤에서 응원해주신 부모님께 정말 감사드립니다.

 등록일 2019-12-10
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강현욱 (서울대학교)
민두영 (UNIST)
윤태영 (서울대학교 생명과학부)
최희정 (서울대학교)
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