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김은경
김은경(Eunkyung Kim) 저자 이메일 보기
KAIST 생명과학과, 현 (주)아큐젠헬스케어
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A single-molecule dissection of ligand binding to a protein with intrinsic dynamics
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

생체 내 핵심물질인 단백질의 움직임은 단백질이 생체 내 분자를 어떻게 인식하고 기능하며 생명현상을 조절하는지에 대한 실마리를 제공해 주므로 그 연구 의미가 매우 큽니다. 여기에 한 개의 단백질 분자를 직접 관찰하는 단분자 형광 에너지 전이(single-molecule FRET)를 이용한 분석법은 기존의 복합적인 시스템에서 얻을 수 없었던 많은 정보를 제공해 줌으로써 기존에 밝혀내지 못했던 중요한 발견들을 가능하게 해줍니다.

생명체가 살아가는 데 있어서 필수적인 생체분자 인식 메커니즘은 단백질의 형태 변화와 생체분자와의 결합의 연결로 이루어지며 두 가지 대표적인 가설에 의해 설명되고 있습니다. 그 하나는 '유도형 맞춤 모델(induced fit model)'이며, 다른 하나는 '구조 선택 모델(conformational selection model)'입니다. 수많은 연구들이 이 연결 메커니즘을 설명하고자 했으나, 이를 설명하는 직접적인 실험적 증거가 거의 없어, 여전히 이 문제는 논란이 많이 있어 왔습니다.

본 연구에서는 모델 단백질로서 말토오즈 결합 단백질 (MBP)과 그 변이체를 이용하여 어떤 메커니즘을 통해 생체분자 인식이 이루어지는지를 보여주었습니다. 지금까지 MBP의 구조는 간접적으로 유도형 맞춤 모델을 보여주었지만, 최근에 말토오즈가 없을 때에도 적은 양의 불완전한 '부분 닫힘 구조'가 존재한다는 것을 발견한 이후, 구조 선택 모델이 제시되었습니다. 이 근본적인 질문에 답하기 위해, 구조적으로 가장 안정적인 '열린 구조'와 상대적으로 불안정한 '부분 닫힘 구조'를 반복하면서 생체분자와 결합함에 따라 일어나는 단백질의 구조 변화를 단분자 수준에서 실시간으로 분석하였습니다. MBP의 움직임을 직접 관찰하고 각 상태에서의 체류시간을 측정함으로써 단백질의 '열린구조'에 말토오즈가 결합한 후 구조 변화가 이루어진다는 것을 증명하였는데, 이는 단백질의 구조 전환 속도가 변하는 현상을 단분자 수준에서 분석해 단백질의 생체분자 인식 메커니즘을 증명한 최초의 사례입니다. 이러한 원리검증 실험을 통해 단백질이 어떻게 그들의 생체분자 파트너를 인식하는지에 대한 메커니즘을 깊이 이해할 수 있게 해주며, 단백질의 조절기능을 보다 정확하게 파악할 수 있게 되어 향후 효능이 높은 치료제의 개발 및 복잡한 생명현상을 이해하는 데 기여할 것으로 전망됩니다.

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

제가 이 연구를 진행했던 곳은 KAIST 생명과학과 생체분자공학연구실로 약 20여명의 대학원생 및 박사후연구원들이 속해 있습니다. 이곳에서는 여러가지 고속선별기술과 계산화학적 기술을 활용하여 의료용, 산업용으로 유용한 단백질이나 효소를 개발하고 있으며, 더불어 의료용으로 활용 가능한 다양한 나노입자로 구성된 센서 시스템을 설계하고 있습니다. 여러 다양한 연구가 수행되고 있어 기본적인 단백질 공학 뿐 아니라, 나노기술까지 매우 폭넓은 학문을 경험할 수 있는 곳입니다. 또한, 본 연구는 서울대학교 물리학과 단분자생물물리연구실과 공동으로 수행한 연구로서, 단분자 생물분야에서 최고수준의 다양한 기술과 노하우를 보유하고 있는 곳입니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

본 연구는 물리학의 기술 기반에 생물학의 깊은 이해가 바탕이 되어 수행된 연구라고 할 수 있습니다. 최근의 학문은 이처럼 하나의 학문을 통해서 이루기보다는 여러 분야의 학문이 함께 협력하여 새로운 발견을 이끌어내는 경우가 많습니다. 저 또한 이번 연구를 통해서 공동연구의 중요성을 많이 깨달았습니다. 이를 잘 수행하기 위해 서로 상대방에 대한 이해와 배려 및 존중을 통해 긴밀한 상호협력 관계를 이룰 때 연구가 훨씬 더 효율적으로 성공할 수 있다는 것을 알 수 있었습니다. 학문마다 특성이 다르고 실험실마다 분위기가 달라 공동연구라는 것이 쉽지 않을 때가 훨씬 많지만, 언제나 배운다는 자세로 임한다면 분명 그 연구는 성공할 수 있을 것입니다.

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

연구에 있어서 가장 중요한 것은 호기심, 열정, 그리고 끈기라고 생각됩니다. 많은 학생들이 참신한 아이디어로 단기간에 훌륭한 결과물을 얻고 싶어하지만, 실상 대부분의 연구들은 매우 지루한 반복실험과 실패한 결과들, 지친 일상 속에서 그 방향성과 중심을 잃고 방황하기 마련입니다. 저의 경우엔 석사를 마치고 5년여의 회사 생활을 한 후 박사과정에 진학하여 학교생활만 쭉 해온 학생들보다는 남다른 포부도 있었고 열정도 있었지만, 초반에는 실마리를 찾지 못하여 방황하는 시간이 많았었습니다. 하지만, '왜 그럴까?', '왜 이런 결과가 나올까?'에 대해 끊임없이 질문하고 다시 실험하고 하면서 결국에는 좋은 결과를 얻을 수 있었습니다. 향후 여러분들이 사회에 나가도 마찬가지지만, 어떤 것도 쉽게 얻어지는 것은 없습니다. 호기심과 열정을 가지고 끊임없이 파고들며 결코 포기하지 않는 끈기를 가지고 있다면 어느 분야에서건 분명 성공할 수 있다고 생각합니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 현재 ㈜아큐젠헬스케어라는 회사의 창업멤버로 연구소장직을 맡아 BT-IT-NT 융합기술을 기반으로 진단의약 개발 연구를 수행하고 있습니다. 학위과정 동안 생명현상에 대한 근본적인 물음에 답하는 시간을 가졌다면, 이후에는 실생활에서 유용한 학문들을 진행하고 싶었습니다. 석사를 마칠 때도 비슷한 이유로 회사 연구소에 취직했었고, 회사 생활을 하면서는 부족한 학문에 대한 아쉬움이 있어서 다시 박사과정에 진학했었습니다. 박사과정은 깊고 폭넓은 연구를 수행하는 훌륭한 훈련과정이라고 생각합니다. 그 동안의 훈련을 바탕으로 우리나라 진단 의료 분야에서 선도할 수 있는 기술을 개발하고 연구를 수행하여 인류의 삶의 질을 높이는 데 기여하고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

학위과정 생활에 언제나 힘이 되어 주고 서로 잘 챙겨준 생체분자공학연구실 선후배님들, 반년 동안 서울대에서 실험할 때 다른 연구실원임에도 친절하고 따뜻하게 대해준 서울대 이상화 박사를 비롯하여 단분자생물물리 연구실분들께 진심으로 감사합니다. 제게 폭넓은 경험의 기회와 연구에 대한 흥미를 이끌어주신 지도교수이신 김학성 교수님과 공동연구에 있어 아낌없는 조언과 가르침을 주신 홍성철 교수님께도 깊이 감사드립니다. 마지막으로 언제나 저를 응원하고 지지해주신 부모님과 가족들, 동료연구자로 묵묵히 외조해 준 남편 김진현 박사에게 감사의 마음을 전합니다.
 등록일 2013-03-25
Category: Biochemistry, Molecular_Biology, Chemical Biology
  댓글 1
회원작성글 명현  (2013-04-15 11:10)
축하드려요ㅎㅎ
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