우리얘기

조선시대에 도인이라 불릴 정도로 학식이 높았던 유학자 화담 서경덕이 있습니다.
서 화담은 글자 한 자를 써서 방 안에 붙여놓고 이를 보며 몇날 몇일이고 생각해 그 뜻을 깨쳤다고 합니다.
이런 식으로 한 글자 한 글자...서화담의 방안 벽에는 글자를 써 붙여 놓은 종이가 겹치고 겹쳐 빈틈없이 붙어있었다고 합니다.
바로 '몰입'입니다.

◆ 몰입의 탄생

'몰입'의 저자 황농문 교수가 한국표준과학연구원에서 근무하던 시절, 자신이 신청한 연구과제는 탈락하고 대신 다른 사람이 수행하던 ‘저압 다이아몬드’ 관련 연구를 인수 받게 됩니다.
자신이 관심있는 분야도 아니고, 게다가 다른 사람이 하던 연구를 이어서 해야 한다는 부담이 그를 짓누릅니다.
만고 끝에 그는 마음을 고쳐 잡고 저압 다이아몬드에 대해 기초부터 차근차근 접근했습니다.
그리고 가장 근본적이자 핵심인 문제에 봉착했을 때 그는 특별한 경험 즉, ‘몰입’ 상태에서 이 문제를 통쾌하게 극복하며 ‘다이아몬드 생성 매커니즘 규명’이라는 세계적 연구 성과를 내놓습니다.

이 때의 경험을 바탕으로 황 교수는 ‘몰입’의 메커니즘을 체계적이고 과학적으로 정리하는데, 그 결과 나온 것이 책 ‘몰입’입니다.


◆'몰입'에는 프로이드와 달마가 있다 

‘몰입’을 읽고 이를 간단하게 요약한다면, 1980~90년대 유행했던 마인드콘트롤 관련 서적, 프로이드의 ‘꿈의 해석’, 불가나 도가의 수행서 등을 한 번에 보는 듯한 느낌입니다.
스스로 생각을 컨트롤하고, 이성 중심의 사고보다는 감성을 중시하면서도, 어떤 수행자와 같은 진지한 자세를 나름의 체계적 방법으로 제시하고 있습니다.

◆ 천재가 몰입하는 것이 아니라 몰입하는 사람이 곧 천재

이 책을 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
황농문 교수가 이 책을 통해 가장 전달하고 싶은 핵심은 “몰입은 천재들의 전유물이 아니다”인 것 같습니다.
아인슈타인은 범부의 입장에서는 우러러볼수 밖에 없는 천재 입니다.
그럼에도 아인슈타인은 “나는 몇 달이고 몇 년이고 생각하고 또 생각한다. 그러다 보면 99번은 틀리고, 100번째가 되어서야 비로소 맞는 답을 얻어낸다”고 했습니다.
저자는 이에 대해 “아인슈타인도 99번은 일반인과 똑같고, 단 한 번 천재가 되는 것인데, 이는 아인슈타인이 끊임없이 사고(몰입)했기 때문에 얻을 수 있는 일반인과의 차이”로 해석합니다.

◆ 몰입이란 물 흐르는 것과 같다

저자는 몰입이 지극히 이상적인 상태이지만, 그 과정은 그리 복잡하지 않다고 말합니다.
저자가 소개한  몰입 이론의 창시자 미하이 칙센트미하이로는 몰입을 ‘플로우(FLOW)’라고 명명했습니다.
마치 하늘을 날거나 물 흐르는 것처럼 편안한 상태에서 몰입이 이뤄진다는 것이지요.

저자는 몰입에 들어가는 과정을 단계별로 구체적으로 제시하고 있습니다.
일단 몰입에 들어가기 전에 준비할 것들이 있습니다.
문제설정, 몰입할 수 있는 환경 확보, 불필요한 외부 정보의 차단, 혼자만의 공간 선정, 규칙적이고 땀 흘리는 행동, 단백질 위주의 식사 등입니다.

이어 완전한 몰입에 들어가는 3일간의 과정을 제시하고 있는데, 첫날은 ‘잡념을 털어내고 자세를 만든다’, 둘째날은 ‘아이디어가 움직이기 시작한다’, 셋째날은 ‘생각하는 재미가 솟구친다’ 입니다.

특히 여기서 주목할만한 부분은 몰입을 하면 아이디어가 샘처럼 솟아나는데, 이 때 상태를 ‘행복의 절정’, ‘권태없는 영원한 쾌감’ 등으로 표현하는 것입니다.
이는 마치 불가 수행자가 득도했을 때 광명을 보는 듯한 기쁨을 얻는 상태와 유사합니다.
그래서인지 저자도 책 속에서 몰입과 화두선과의 관계에 대해 설명합니다.

◆ 이성과 직관의 순환

이 내용은 이 책에서 특기할만한 사항 중 하나입니다.
“나는 결코 이성적인 사고 과정 중에 커다란 발견을 이룬 적이 없다.” <아인슈타인>

저자는 고도의 이성적 두뇌 활동인 몰입이 영감적 직관과 선순환되는 과정을 설명하고자 하는데, 그 매개체는 바로 ‘수면’ 입니다.
즉 몰입 과정 중의 수면(특히 선잠) 상태에서 몰입의 원인인 문제 해결의 영감이 떠오른다는 것입니다.
저자는 이를 우연이 아닌 필연이라고 규정합니다.
이미 몰입과정에서 나온 해법이나 아이디어가 아직 드러나지 않은 상태인데, 이를 수면 중에 찾게 되는 것으로, 이는 곧 ‘내 안에 있는 아이디어’라고 합니다.

◆스스로 하는 몰입인가, 어쩔 수 없는 몰입인가

저자는 몰입을 분류합니다.
양태에 따른 분류는 스포츠 등 ‘활동 위주의 몰입’과 학습 등 ‘사고 위주의 몰입’이 있습니다.
동기에 따른 몰입 분류도 있습니다.
자발적으로 몰입에 빠져드는 ‘능동적 몰입’과 업무가 과제 등을 맡게 될 때 경험하는 ‘수동적 몰입’입니다.
그런데 여기서 중요한 것은 타의에 의한 수동적 몰입이라도 스스로 마음먹기에 따라 능동적 몰입이 될 수 있다는 것입니다.
즉 자기 일처럼 생각하고 적극적으로 나설 때 몰입의 즐거움도 배가 되고 보람도 커지는 것.
저자 역시 몰입하게 된 동기가 다른 사람이 수행하던 ‘저압 다이아몬드 연구’를 울며겨자먹기 식으로 맡았다가 이를 자기 것으로 소화시킨 것입니다.

그런데 이 책 내용 중 다소 의아한 부분이 있는데, 바로 몰입의 근본적 동기입니다.
저자는 시인 ‘기요르기 팔루디’나 ‘톨스토이’ 등을 사례로 몰입의 근본적 동기를 ‘죽음에 대한 두려움’이라고 강조합니다.
근원적으로는 수동적 몰입인 셈입니다.
그러나 종교적 이유이던 사상적 이유이던 간에 죽음과 무관한 삶을 살아가며 어떤 것에 '몰입'하는 사람들도 많을 것입니다.

◆ 베스트셀러 '몰입'

이 책은 흥행에 성공하며 베스트셀러가 됐습니다.
몇 몇 이 책을 읽은 분들은 이 부분에 다소 의아해 하기도 합니다.
그러나 ‘몰입’의 체계적 정리와 경험 사례 실증, 실천 방법의 구체화 등 저자의 소위 ‘이공계 마인드’적 정리와 서술이 동류의 책에서 볼 수 없는 장점인 것 같습니다.
특히 몰입을 교육으로 연계하는 부분이 있는데, 이는 영재·조기교육 등 갈수록 교육열이 높아지는 시기적 상황과 맞물려 흥행의 한 요소가 되지 않았나 하는 생각이 듭니다.

2012년 2월 14일 대전시청에서 열린 TEDxDaejeon salon에서 몰입에 대해 강연하고 있는 황농문 교수

홈플러스 유성점 뒷편에 있는 강남복집 입니다.

복집에 가자길래 복 지리나 탕을 먹을 줄 알았는데, 뜻 밖에 갈치조림이더군요.

이 집은 갈치조림이 유명하다고...

넓은 뚝배기에 갈치가 제법 푸짐하게 들어있습니다.

짜지 않은 담백한 조림이어서 밥에 비벼 먹어도 부담이 없습니다.
사람들과 얘기하며 먹다보니 어느새 밥 한그릇~

노드(node)는 데이터를 전송하는 통로에 접속되는 하나 이상의 단위로, 통신망의 분기점이나 단말기의 접속점을 말합니다.

한 노드에 다수의 GPU를 장착하여 노드 당 계산 속도를 높이면 적은 수의 노드로도 많은 양의 계산을 한꺼번에 처리할 수 있는 장점이 있습니다.

만일 이것이 가능하면 슈퍼컴퓨터의 구축비용뿐만 아니라 소모되는 전력도 획기적으로 줄일 수 있습니다.

그러나 지금까지 다수의 GPU를 효율적으로 장착하는 소프트웨어 기술이 개발되지 못해 대부분의 슈퍼컴퓨터에는 각 노드 당 최대 2개의 GPU밖에 장착하지 못했습니다.

□ 서울대 이재진 교수팀은 일반 슈퍼컴퓨터와는 달리 노드 한 대에 최대 6개의 그래픽 처리장치(GPU)를 장착하는 방법으로 기존 슈퍼컴퓨터의 노드 당 계산 속도를 세계에서 가장 빠른 수준으로 끌어올리는데 성공했습니다.

이 교수팀이 개발한 소프트웨어 기술을 사용하면 노드마다 최소 3개 이상의 GPU를 장착하고 효율적으로 계산할 수 있습니다.

이재진 교수팀은 이번 연구결과를 바탕으로 16개의 노드(총 96개 GPU 장착)로 구성된 슈퍼컴퓨터 시작품 '스누코어(SnuCore)'를 자체 제작했습니다.

일반적으로 슈퍼컴퓨터의 계산 속도를 평가하는데 사용하는 프로그램인 린팩 벤치마크로 측정한 스누코어의 노드 당 계산 속도는 0.991테라플롭스(TFLOPS)로 이 수치는 현존하는 슈퍼컴퓨터 중에서 가장 빠릅니다.

게다가 전력효율 면에서도 와트당 871메가플롭스(MFLOPS)로 세계 20위권을 기록했습니다.

스누코어는 시중에서 흔히 구할 수 있는 부품(AMD의 CPU와 GPU, 타이안의 마더보드 및 멜라녹스의 인피니밴드 네트워크 장비 등)에 연구팀이 자체 설계한 냉각 시스템을 이용해 제작되었습니다.

서울대 매니코어 프로그래밍 연구단에서 자체 제작한 슈퍼컴퓨터 스누코어(SnuCore). 가운데 위치한 것이 자체 제작한 냉각 시스템이며, 좌우로 노드가 8개씩 위치하고 있다.

연구팀은 새로 개발한 소프트웨어 최적화 기술을 다양한 프로그래밍 언어 OpenCL과 MPI를 사용해 린팩 벤치마크에 적용하였고, 그 결과 스누코어의 각 노드에 장착된 6개의 GPU를 효율적으로 사용하여 세계에서 가장 빠른 노드 당 계산속도를 확보했습니다.

스누코어의 성능 대비 가격은 다른 세계 최상위급 슈퍼컴퓨터들과 비교해도 최대 8.3%(1/12)로 저렴합니다.

따라서 스누코어에 적용된 소프트웨어 기술을 사용하면 세계 최상급의 성능을 지닌 슈퍼컴퓨터를, 기성부품을 사용하여 저렴한 비용으로 구축할 수 있게 됩니다.

이 교수팀은 이번 연구결과를 서울대에서 개발하고 있는 OpenCL 기반의 프로그래밍 환경인 SnuCL에 적용해 추후 일반 국민에게도 공개할 예정입니다.

이재진 서울대 교수(오른쪽), 조강원 연구원(왼쪽), 나정호 연구원(가운데)이 슈퍼컴퓨터 SnuCore의 상태를 점검하고 있다.

 용  어  설  명

린팩 벤치마크 (LINPACK Benchmark) :
 벤치마크는 컴퓨터에서 실행시켜 처리시간과 같은 값을 측정해 컴퓨터의 성능을 평가하는 프로그램이다.
린팩 벤치마크는 컴퓨터의 계산 속도를 평가하는 벤치마크 중 하나로, 배정도(double precision) 부동소수점 연산(floating-point operation)이 필요한 선형 시스템의 해를 구하는데 걸리는 시간을 측정해 계산 속도를 측정한다.
린팩 벤치마크는 Top500에서 세계 500위권의 슈퍼컴퓨터를 선정하는 기준으로 사용되는 등 슈퍼컴퓨터의 성능 측정에 널리 사용되고 있다.

FLOPS (floating-point operations per second) :
 컴퓨터의 성능을 측정하는 단위로 초당 수행할 수 있는 부동소수점(floating-point) 연산의 수를 의미한다.
'FLOPS' 앞에 '킬로(K)', '메가(M)', '기가(G)', '테라(T)'의 접두사가 붙으면 각각 초당 10의 3승, 10의 6승, 10의 9승, 10의 12승회의 실수 연산을 수행함을 의미한다.
예를 들어 2 GFLOPS는 초당 2×109 회, 즉 20억 회의 부동소수점 연산을 수행할 수 있음을 뜻한다.

OpenCL(Open Computing Language) :
개방형 범용 병렬 컴퓨팅 프레임워크

노드(node) :
데이터를 전송하는 통로에 접속되는 하나 이상의 단위. 주로 통신망의 분기점이나 단말기의 접속점을 말함

<이재진 교수> 1. 인적사항  ○ 성 명 : 이재진(李在鎭, 44세)  ○ 소 속 : 서울대학교 컴퓨터공학부 2. 학력   1986 - 1991 서울대학교 물리학 학사   1993 - 1995 Stanford University, Computer Science 석사   1995 - 1999 University of Illinois at Urbana-Champaign, Computer Science 박사 3. 경력사항    1999.08 - 1999.12  University of Illinois at Urbana-Champaign     Dept. of Computer Science     Visiting Lecturer   2000.01 - 2002.08  Michigan State University     Dept. of Computer Science and Engineering     Assistant Professor   2002.09 ~ 2004.09 서울대학교 컴퓨터공학부, 조교수   2004.10 ~ 2010.09 서울대학교 컴퓨터공학부, 부교수   2010.10 ~ 현재  서울대학교 컴퓨터공학부, 교수   2009.04 ~ 현재  교과부 연구재단 지정 매니코어 프로그래밍 연구단, 단장 4. 주요연구업적 1. Sangmin Seo, Gangwon Jo, and Jaejin Lee. Performance Characterization of the NAS Parallel Benchmarks in OpenCL, IISWC '11: Proceedings of the 2011 IEEE International Symposium on Workload Characterization, pp. 137 ? 148, Austin, Texas, USA, November 2011. 2. Seungkyun Kim, Kiwon Kwon, Chihun Kim, Choonki Jang, Jaejin Lee, and Sang Lyul Min. Demand Paging Techniques for Flash Memory Using Compiler Post-pass Optimizations, ACM Transactions on Embedded Computing Systems, Vol. 10, No. 4, Article 40,  November 2011. 3. Sangmin Seo, Junghyun Kim, and Jaejin Lee. SFMalloc: A Lock-Free and Mostly Synchronization-Free Dynamic Memory Allocator for Manycores, PACT '11: Proceedings of the 20th ACM/IEEE/IFIP International Conference on Parallel Architectures and Compilation Techniques, pp. 253 ? 263, Galveston Island, Texas, USA, October 2011. 4. Jun Lee, Jungwon Kim, Junghyun Kim, Sangmin Seo, and Jaejin Lee. An OpenCL Framework for Homogeneous Manycores with no Hardware Cache Coherence, PACT '11: Proceedings of the 20th ACM/IEEE/IFIP International Conference on Parallel Architectures and Compilation Techniques, pp. 56 ? 67, Galveston Island, Texas, USA, October 2011. 5. Jungho Park, Choonki Jang and Jaejin Lee. A Software-Managed Coherent Memory Architecture for Manycores, Poster presentation in PACT '11: Proceedings of the 20th ACM/IEEE/IFIP International Conference on Parallel Architectures and Compilation Techniques, Galveston Island, Texas, USA, October 2011. 6. Jungwon Kim, Sangmin Seo, Jun Lee, Jeongho Nah, Gangwon Jo, and Jaejin Lee. OpenCL as a Programming Model for GPU Clusters, LCPC '11: Proceedings of the 24th International Workshop on Languages and Compilers for Parallel Computing, Fort Collins, Colorado, USA, September 2011. 7. Junghyun Kim, Sangmin Seo, and Jaejin Lee. An Efficient Software Shared Virtual Memory for the Single-chip Cloud Computer, APSys '11: Proceedings of the 2nd ACM SIGOPS Asia-Pacific Workshop on Systems, Shanghai, China, July 2011. 8. Choonki Jang, Jungwon Kim, Jaejin Lee, Hee-Seok Kim, Dong-Hoon Yoo, Sukjin Kim, Hong-Seok Kim, and Soojung Ryu. An Instruction-Scheduling-Aware Data Partitioning Technique for Coarse-Grained Reconfigurable Architectures, LCTES '11: Proceedings of the ACM SIGPLAN/SIGBED 2011 International Conference on Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems, pp.  151 ? 160, Chicago, Illinois, USA, April 2011. 9. Eunbyung Park, Bernhard Egger, and Jaejin Lee. Fast and Space Efficient Virtual Machine Checkpointing, VEE '11:  Proceedings of the 2011 ACM SIGPLAN/SIGOPS International Conference on Virtual Execution Environments, pp. 75 ? 85, Newport Beach, California, USA, March 2011. 10. Jungwon Kim, Honggyu Kim, Joo Hwan Lee, and Jaejin Lee. Achieving a Single Compute Device Image in OpenCL for Multiple GPUs, PPoPP ?11: Proceedings of the 16th ACM SIGPLAN Symposium on Principles and Practice of Parallel Programming, pp.  277 ? 288, San Antonio, Texas, USA, February 2011.

최근 스마트폰을 비롯한 초소형, 초박형 제품의 수요가 급증하면서 다양한 기능들을 구현할 수 있는 차세대 비아홀 공정을 도입하는 기업이 늘어나고 있습니다.

이에 따라 하나의 반도체 웨이퍼에 CPU, 메모리, 전원소자, 센서, MEMS 등 다양한 칩을 층층이 쌓고 이들 사이에 전기신호가 원활하게 교환되도록 하는 것이 반도체의 품질을 좌우하는 중요한 요소가 됐습니다.

이를 위해서는 매우 좁고 긴 구멍인 TSV(Through Silicon via ; 실리콘 관통 비아홀)를 뚫어 칩들 사이의 전기 신호를 전달해야 합니다.

TSV는 지름이 수 ㎛ 수준이며 상대적으로 깊이가 깊기 때문에 정교한 기술이 요구됩니다.

특히 수율이 중요한 대규모 제조공정에서 빠르고 정확하게 측정하는 기술은 차세대 반도체 측정장비 시장에서 필수적인 기술입니다.

□ 비아홀은 지름이 매우 좁고 깊어 정밀한 측정기술이 필수적이지만, 그동안 국내에서는 관련 측정기술이 없어 차세대 반도체 시장 진출에 어려움을 겪어 왔습니다.

기존의 비아홀 측정은 X-레이나 SEM(전자현미경)을 활용해 시료를 절개하여 측정하거나 개별 이미지를 촬영하는 방식을 사용했습니다.
 
특히, SEM을 활용해 비아홀을 측정할 경우, 웨이퍼의 단면을 절단해 측정하기 때문에 불가피하게 제품에 손상이 생기고, 측정하는 샘플 수에도 한계가 따라 대량공정에 적용시 어려움이 따랐습니다.

□ KRISS(한국표준과학연구원) 길이센터 진종한 박사팀이 개발한 차세대 반도체 패키징 측정기술을 반도체 디스플레이 검사장비 전문기업인 ㈜쎄미시스코으로 이전됐습니다.

이번에 이전한 실리콘 관통 비아홀(Through Silicon via, TSV) 측정기술은 반도체의 집적도를 높이기 위해 실리콘 웨이퍼를 아파트처럼 수직으로 쌓아 올린 후, 각 층의 웨이퍼 간 전기신호를 주고받기 위한 수직 도선인 TSV의 깊이를 고속으로 측정 및 검사하는 기술입니다.

이 기술의 특징은 비아홀의 직경과 깊이를 정확하게 측정하면서도 레이저를 이용해 비접촉으로 제품에 손상 없이 고속측정이 가능합니다.

이번 기술이전으로 현재 기술적인 난제때문에 본격적인 시장형성이 이루어지지 않은 TSV 측정장비 시장을 선점하는 것을 물론 비아홀 고속 측정방법이 상용화될 경우 차세대 반도체 장비시장을 선점할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

한편 KRISS는 이번 기술이전으로 향후 10년간 약 50억 원 이상의 기술료를 받을 전망입니다.

간섭계 측정장치를 이용해 TSV를 측정하는 모습

우리나라의 100대 국정과제의 하나로 추진되고 있는 '그린홈 100만호 프로젝트'에 따라 해안이나 도서지역을 중심으로 10㎾급 소형 풍력 발전기 수요가 꾸준히 증가하고 있습니다.

소형 풍력 발전기 시장은 미국의 경우 연 15% 이상의 성장률을 보이는 등 세계적으로 연구개발 및 투자가 증가하고 있습니다.

소형 풍력 발전기에 장착되는 회전날개는 가벼우면서도 내구성이 강한 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)이나 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)을 사용해서 제작됩니다.

이 날개 제작은 성형틀에 탄소섬유 또는 유리섬유와 화학 경화제를 넣고 1차적으로 24시간 상온에서 경화시킨 뒤, 2차적으로 열을 이용해서 경화시키는 방법을 이용하는데, 제작에 많은 시간과 비용이 소모됩니다.

□ 한국원자력연구원이 첨단방사선연구소 공업환경연구부 강필현 박사팀이 방사선 조사 기술을 이용해 10㎾급 소형 풍력 발전기 핵심 부품인 날개를 더 가볍고 더 저렴하고 더 빨리 만드는 방법을 개발했습니다.

이 기술을 이용할 경우 제작 시간은 기존의 1/50로 줄이고, 비용도 기존의 65% 수준의 비용으로 감소기키면서도 고강도의 날개를 생산할 수 있습니다.

연구팀은 방사선이 투과성과 에너지 전달 능력이 높아 섬유강화 복합소재 경화에 적합한 점에 착안해 탄소섬유와 유리섬유를 이용해서 성형한 발전기 날개에 100 k㏉(킬로그레이)의 전자선을 조사한 결과 그동안 만 하루가 넘게 걸렸던 날개 경화 시간을 30분으로 대폭 단축시켰습니다.

방사선 조사 중인 소형 풍력 발전기 날개

한국원자력연구원은 이번에 개발한 소형 풍력 발전기 날개를 실제 풍력 발전 시스템에 적용하기 위해 한국에너지기술연구원 제주 글로벌신재생에너지연구센터에서 피로 시험평가를 거친 뒤 인증 절차를 진행할 예정입니다.

또 관련 기술을  기업에 이전시켜 항공기 이착륙이나 회전시 앞날개를 움직이게 하는 탄소복합소재 페널 제작에 활용하고, 향후 방사선 조사 기술을 자동차 부품이나 건축 소재 등 기타 섬유복합소재 제작에도 확대 적용할 계획입니다.

방사선 조사 기술 이용해서 제작한 소형 풍력 발전기 날개

 용  어  설  명

전자선 :
텅스텐 등을 고온으로 가열해서 발생한 전자에 고압의 전기를 가해 빛의 속도에 가깝게 가속함으로써 높은 에너지를 띄도록 한 것. 전자선의 에너지를 이용하면 물질의 구조를 바꾸고 화학반응이 선택적으로 일어나게 할 수 있다.

<강필현 박사>   인적사항  ○ 성    명 : 강필현 (姜弼鉉, 45 )  ○ 소속기관 : 한국원자력연구원     학    력   ○ 1986년 ~ 1990년  충남대학교 공과대학 화학공학과 학사   ○ 1990년 ~ 1994년  충남대학교 대학원 공업화학과 석사   ○ 1994년 ~ 1998년  충남대학교 대학원 공업화학과 공학박사   주요경력   ○ 2011년 ~ 2012년 2. 현재 한국원자력연구원, 공업환경연구부장   ○ 2000년 ~ 2012년 2. 현재 한국원자력연구원, 책임연구원   ○ 2007년 ~ 2009년 2. 전북대학교 화학공학부 겸임교수     주요연구업적 <연구 주제>   - 방사선 이용 원자력, 항공우주, 자동차 산업에 필요한 첨단 복합신소재 개발   - 방사선 융합기술이용 풍력블레이드 탄소복합소재 및 메트릭스 고분자 개발 <연구 성과>   - 연구논문 : 「전자선 가공기술을 이용한 탄소 폴리아크릴로 니트릴(PAN) 탄소나노섬유 특성연구」등 107건   - 특허출원 : '방사선 기술을 이용한 풍력블레이드용 섬유강화 복합소재의 제조방법' 등 32건   - 특허등록 : '방사선 조사에의한 탄소섬유의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 탄소섬유' 등 14건

태양전지 시장은 현재 중국과 유럽 업체들이 주도하는 결정형 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있습니다.

결정형 실리콘 태양전지는 높은 효율과 안정적인 성능을 갖고 있지만, 제조비용이 높은 단점이 있습니다.

이에 CIGS(Cu, In,Ga, Se2)  박막형 태양전지가 재료 소모가 적고 공정이 간단하며, 비용이 적게 들어 차세대 태양전지로 각광받고 있지만, 낮은 효율과 이를 해결하기 위한 제조 공정의 최적화 문제가 남아있습니다.

최근 국내 대기업들이 CIGS 박막 태양전지의 상용화를 시도하고 있지만 핵심 제조 기술은 선진국에 의존하고 있는 실정입니다.

이는 공정 상태에 따른 박막의 성분 비율 등에 대한 분석이 어려워 기존의 제조 공정을 그대로 따라하는 수준을 벗어나지 못하고 있기 때문입니다.


□ KRISS(한국표준과학연구원) 재료측정표준센터 김경중 박사가 박막 태양전지 제작 공정 시 필수 요소지만 분석 난제 중 하나였던 '다성분 합금인 CIGS 박막의 조성'을 정확하게 분석하는 기술을 개발했습니다.

CIGS는 광전변환 효율이 높고 저가격·고효율을 실현할 수 있어 박막 태양전지 재료 중 최적의 대안으로 평가받고 있습니다.

현재 실험실 수준에서 측정된 최고 효율은 20% 이상이며, 대면적의 상용 전지로 개발되면 8~14%의 효율이 예상됩니다.

연구팀은 이차이온질량분석법(SIMS)을 이용하여 CIGS 박막의 구성 원소인 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄의 상대적인 비율 뿐 아니라 깊이에 따른 분포까지 분석할 수 있는 기술을 개발했습니다.

이 기술은 지금까지 분석이 어려웠던 CIGS 박막의 조성을 인증표준물질을 이용하여 정확하게 분석하는 일종의 표준화 기술입니다.

이번 분석기술 개발은 공정 조건 변화에 따른 CIGS 박막의 조성 및 깊이분포를 분석하고 모니터링 하여 공정을 최적화함으로써 태양전지 제조에 대한 이력관리를 가능하게 해 국내 박막 태양전지 산업의 새로운 원천기술 개발을 촉진할 전망입니다.

□ 이번 기술 개발에는 ETRI 박막태양광기술연구팀의 CIGS 박막 제작 기술과 KRISS 분석화학센터의 정량 분석 기술이 매우 중요한 역할을 했습니다.

균질한 CIGS 박막을 제작하고 그 조성을 인증함으로써 대표적인 깊이분포도 분석법인 이차이온질량분석법에 의한 조성 분석 결과의 신뢰성을 확인했습니다.

앞으로 연구팀은 다성분 합금박막의 조성 및 깊이분포도 분석 절차에 대한 국제표준을 제정하고 인증표준물질을 개발해 산업체에 보급할 방침입니다.

또한 세계 표준기관이 참여하는 국제도량형위원회(BIPM) 표면분석 분야의 국제비교(KC: Key Comparision)를 주도하여 KRISS가 CIGS 박막 조성 분석 분야에서 국제사회의 선도적 위치를 지킬 계획입니다.

이차이온질량분석기를 활용해 CIGS 박막의 깊이분포 등을 측정하는 모습

 용  어  설  명

CIGS :
Cu(In,Ga)Se2 박막으로 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)이 각각 2:1:1:4의 비율로 이루어진 결정성 박막.
CIGS는 4가지 원소 화합물의 첫 스펠링을 조합한 단어로 이를 기판에 증착, 빛을 흡수하여 전기를 생산함.
유리기판 위에 전극 역할을 하는 금속막을 깔고 그 위에 CIGS 박막을 증착한 후 광흡수층·버퍼층·투명전극·반사방지막 등을 배치하고 그 위에 전면전극을 배치함으로써 CIGS 박막 태양전지가 완성됨

이차이온질량분석법 (Secondary Ion Mass Spectrometry) :
충분한 에너지를 가진 일차 이온을 고체 시료에 조사하면 시료 표면에서 입자들이 나옴. 이 중에서 이온화된 성분인 이차이온의 질량을 분석해 표면에 존재하는 원소의 종류, 상대적인 조성 및 화학 상태 등을 알아낼 수 있는 대표적인 표면분석 방법임. 이 방법을 활용해 특정 원소의 깊이에 따른 분포도를 측정할 수 있음.

위암은 한국인에게 발생하는 주요 암의 하나로, 헬리코박터균은 위암 발생의 주요 원인으로 지목되고 있습니다.

헬리코박터균은 위벽에 만성위염을 유발하여 위암을 진행시키는 것으로 알려졌지만, 그 명확한 기전은 밝혀지지 않은 상태입니다.

헬리코박터균이 원인이 되는 위암을 VDUP1(Vitamin D Upregulated Protein 1) 유전자가 억제한다는 연구 결과가 나왔습니다.

한국생명공학연구원 김형진 박사팀은 헬리코박터균에 의해 위암이 발생한 동물모델을 이용하여 위암 발생 기간 동안 VDUP1 유전자의 역할을 규명하고, 해당 유전자가 결핍되면 종양발생이 증가한다는 사실을 확인했습니다.

연구팀은 정상 실험쥐와 VDUP1 유전자를 제거한 실험쥐를 대상으로 암 발생 유도물질을 투여한 후 헬리코박터균을 감염시켰을 때, 정상 실험쥐에 비하여 VDUP1 유전자가 제거된 쥐에서 위암 발생이 증가함을 밝혔냈습니다.

또한 VDUP1 유전자를 과 발현 처리하였을 때 염증성 물질(TNFα, NF-kB 및 COX2 등)의 발현이 억제되어 위암 발생이 감소한다는 것을 규명했습니다.

이번 연구결과는 앞으로 위암발생과 진행단계 예측 및 적절한 치료법 선택에 있어 위암 환자의 VDUP1 유전자 분석이 유용할 것임을 의미하는 것으로, 위암 예방 및 치료제 개발에 활용될 수 있을 전망입니다.

이번 연구는 생명연 김형진 박사, 권효정 박사와 함께 서울대 김대용 교수팀의 공동연구로 진행됐습니다.

연구결과는 위장관 연구분야에서 세계 최고 권위를 자랑하는 'Gut'지 2012년 1월호에 발표됐고, 주목받는 논문으로써 해설이 붙여졌습니다.
(논문명: Vitamin D₃upregulated protein 1 deficiency promotes N-methyl-N -nitrosourea and Helicobacter pylori-induced gastric carcinogenesis in mice)

VDUP1유전자가 결핍되어 있는 마우스(VDUP1 KO)와 그렇지 않은 정상마우스(WT)에서 헬리코박터균의 감염으로 발생되는 위암 병변비교결과: VDUP1결핍마우스에서 더 진행된 단계의 종양형태를 보임.

 용 어 설 명

VDUP1 : 
VDUP1 (Vitamin D3 upregulated protein 1) 유전자 :  비타민 D를 처리한 세포에서 발현이 유발되는 유전자로 처음 알려졌으며, 세포분열주기를 방해하는 자극에서 발현되고, 과발현 되면 종양세포의 성장을 억제하는 것으로 알려져 있음

APOPTOSIS :
특정한 세포내 기전을 이용하여 세포자신을 죽이는 세포사망의 한 형태 

NF-kB :
NF-kB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells): DNA전사를 조절하는 단백질 복합체로서 대부분의 동물세포에서 발견되며, 다양한 스트레스성 자극을 받아 나타나는 세포의 반응과 관련되어 있으며, 특히 감염에 대한 면역반응을 조절하는 핵심 역할을 담당하고 있음.  

TNFα :
TNFα (tumor necrosis factor-alpha): 전신성 염증과 관련되어 있는 싸이토카인으로서 면역세포의 조절이 주요 역할이며, 세포의 apopotosis를 유발하는 등 다양한 반응을 유발하는 것으로 알려져 있음.

COX2 :
COX2 (Cyclooxygenase-2): Arachidonic acid를 prostaglandin으로 전환하는 효소

<연 구 개 요> 위암은 전세계적으로 가장 빈발하는 악성종양 중의 하나로, 특히 한국을 비롯한 동아시아에서 높은 비율로 발생하고 있다. 위암의 발생에는 다양한 인자가 관여되어 있다고 알려져 있으며, 그 중에서 헬리코박터균의 감염은 주요 위험인자로 알려져 있다. 헬리코박터균은 만성위염증을 유발하고, 만성위축성위염, 장관성이형성 등의 과정을 거쳐서 위종양으로 진행한다.  NF-kB는 세포증식, apoptosis, innate immunity 및 염증반응에 관련되어 있는 유전자들을 조절하는 핵심역할을 수행하는 전사인자패밀리에 속하는 유전자이다. 사람의 위암발생에서는, 위암발생 초기 단계에 NF-kB가 지속적으로 활성화되는 것이 악성종양으로 진행하는데에 핵심적인 역할을 하고 있다. 헬리코박터균은 TLR 또는 TNFα를 포함한 싸이토카인 등의 염증성 신호전달체계를 자극하여 NF-kB 경로를 활성화시키게 되는데, 이 경로는 COX2와 같은 표적유전자의 발현을 유발하게 된다. 위암발생에 있어서 COX2의 상세한 역할은 잘 알려져 있지 않지만 COX2가 과발현되는 것이 세포증식의 촉진, apoptosis(세포자살) 억제, 혈관생성 유도 등과 밀접하게 관련되어 있다. 사람의 암세포주를 이용한 실험에서 비스테로이드성 항염증제 등으로 COX2를 특이적으로 억제하면 세포증식이 억제되고 apoptosis가 유도된다. 또한 COX2를 특이적으로 억제하는 약제들도 위암 발생을 효과적으로 억제한다. VDUP1은 46-kDa의 단백질로서 비타민 D을 처리한 HL-60세포에서 특이하게 발현되는 것으로 동정되었는데, 세포분열주기를 방해하는 성장억제자극으로도 발현되며, VDUP1을 과발현시키면 세포분열주기의 진행을 억제하여 종양세포의 성장을 억제한다. 특히, VDUP1은 cyclin A2의 전사를 조절하기도 하며, 세포분열주기에 중요한 여러 가지 신호전달 유전자의 발현 조절에도 관여한다. 주목할 점은 실험쥐에서 VDUP1 유전자를 제거하면 간암의 발생이 증가한다. 사람에서는 몇몇 종류의 종양조직에서 VDUP1 유전자의 발현이 감소되어 있다.   최근 VDUP1의 mRNA수준이 위암조직에서 주변정상조직에서보다 현저하게 낮아지며, VDUP1의 발현이 낮은 것이 나쁜 예후와 관련되어 있다는 것이 알려졌다. 그러나 사람에서 위암의 병리발생에 있어서 VDUP1의 역할과 종양 발생에 있어서의 정확한 기전은 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 잘 알려진 헬리코박터균에 의한 위암모델을 이용하여 위종양 발생 동안의 VDUP1의 역할을 규명하였으며, VDUP1이 결핍되면 세포의 turnover에 영향을 줌으로써 위 종양발생의 정도를 증대시킨다는 것을 규명하였다. 위암환자의 조직에서 VDUP1의 발현 비교: 종양조직(우)에서 비종양성조직(좌)보다 VDUP1의 발현이 현저히 감소된 것을 보여주고 있음.

<김형진 박사> 1. 인적사항                            ○ 성 명 : 김형진(53세)                               ○ 소 속 : 한국생명공학연구원 의생명마우스센터   2. 학력사항   1978.3 - 1982.2  서울대학교 수의학과 학사      1982.3 - 2084.2 서울대학교 수의공중보건학 석사     1985.3 - 1991.2 서울대학교 수의공중보건학 박사       3. 경력사항    1983.2 - 1984.3   한국과학기술원 생물공학연구부 연구원   1984.4 - 2000.3   한국화학연구소 안전성연구센터 선임/책임연구원   2000.3 - 현재     한국생명공학연구원 책임연구원                    바이오의약인프라사업부장(현) 4. 주요성과  1. Hyo-Jung Kwon, Young-Suk Won, Ki-Taek Nam, Yeo-Dae Yoon, Hyang Jee, Won-Kee Yoon, Ki-Hoan Nam, Jong-Soon Kang, Sang-Uk Han, In-Pyo Choi, Dae-Yong Kim and Hyoung-Chin Kim, "Vitamin D3 upregulated protein 1 deficiency promotes N-methyl-N-nitrosourea and Helicobacter pylori-induced gastric carcinogenesis in mice", GUT, 61,1(53-63) (2012). 2. Hyo-Jung Kwon, Young-Suk Won, Yeo-Dae Yoon, Won-Kee Yoon, Ki-Hoan Nam, In-Pyo Choi, Dae-Yong Kim, and Hyoung-Chin Kim "Vitamin D3 up-regulated protein 1 deficiency accelerates liver regeneration after partial hepatectomy in mice", Journal of Hepatology 54(1168-1176) (2011) 3. Hyo-Jung Kwon, Young-Suk Won, Hyun-Woo Suh, Jun-Ho Jeon, Yan Shao, Suk-Ran Yoon, Jin-Woong Chung, Tae-Don Kim, Hwan-Mook Kim, Ki-Hoan Nam, Won-Kee Yoon, Dae-Ghon Kim, Jeong-Hwan Kim, Young-Sung Kim, Dae-Yong Kim, Hyoung-Chin Kim and Inpyo Choi , "Vitamin D3 Upregulated Protein 1 Suppresses TNF-a?-Induced NF-kB Activation in Hepatocarcinogenesis", The Journal of Immunology, 185(3980-3989), (2010) 4. Hyo-Jung Kwon, Jong-Hwan Lim, Jong-Tak Han, Sae-Bhom Lee, Won-Kee Yoon, Ki-Hoan Nam, In-Pyo Choi, Dae-Yong Kim, Young-Suk Won and Hyoung-Chin Kim ,"The role of Vitamin D3 upregulated protein 1 in

한국원자력연구원이 2016년까지 부산 기장에 20MWt급 연구용 원자로 1기와 동위원소 생산 시설을 건설하기로 하면서 암으로 고통받고 있는 환자들에게 희망이 되고 있습니다.

그렇다면 원자로가 암 환자들과 무슨 관계가 있는 것일까요?

□ 2009년, 우리나라 종합병원에서 암세포 전이 여부를 확인하는 뼈 스캔 검사가 대폭 축소되면서 암 환자들이 발을 동동 굴러야 했습니다.

그 이유는 세계 몰리브덴(Mo)-99 생산의 약 38%를 담당하던 캐나다의 원자로(NRU)가 노후로 가동이 중지되면서 전 세계적으로  공급이 급감했고, 가격도 최고 5배까지 폭등했기 때문입니다.

몰리브덴-99는 자연 상태에서는 존재하지 않는 방사성 동위원소입니다.

원자로를 통해 생산된 몰리브덴-99는 2차 가공을 통해 테크네튬(Tc)-99m이라는 새로운 방사성 동위원소를 만드는데, 이 테크네튬이 PET를 이용한 암 진단에 사용됩니다.

이에 한국원자력연구원은 보유한 연구로인 하나로를 이용해 테크네튬(Tc)-99m를 긴급 생산하기도 했습니다.

□ 일반적으로 인체에 쪼이면 해로운 방사성 물질이 오히려 암 등 특수한 질병의 진단이나 치료에 이용됩니다.

기본 원리는 원자핵이 불안정한 방사성 동위원소의 성질을 이용해 인위적으로 방사선을 방출함으로써 특정 암 세포를 추적하거나 파괴하고, 어떤 물질의 원자 성질을 목적에 맞도록 변화시키는 것입니다.

테크네튬의 경우 방사성 동위원소 붕괴 과정에서 떨어져 나온 전자가 암 세포와 특이 반응을 합니다.

이를 이용해 테크네튬을 인체에 주입한 후 PET를 이용해 테크네튬에서 방출하는 감마선을 추적하면 암의 위치를 파악할 수 있습니다.

또 방사선 요오드(I-131)를 인체에 투여하면 갑상선암 조직에서 방사선을 방출해 암 세포를 파괴합니다.

우리나라의 경우 한국원자력연구원이 가동하고 있는 하나로(HANARO)에서  국내 I-131 수요의 약 70%를 공급하고 있는데, 이는 1주일간 300∼400명의 환자를 치료할 수는 있습니다.

□ 방사성 동위원소는 첨단 반도체 소자 생산이나 비파괴검사 진단기에도 사용됩니다.

한국원자력연구원 하나로의 핵도핑 변환 장치(NTD)는 부도체인 고순도 실리콘(Si) 단결정을 원자로에 넣고 중성자를 쪼여 실리콘 원자핵 중 극미량을 인(P)으로 핵변환 시킴으로써 n-형 반도체로 변환시키는 장치입니다.

이는 실리콘에 인을 직접 확산시키는 화학 공정보다 인의 분포를 매우 균일하게 할 수 있는 장점이 있으며, 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 고속전철, 자기부상열차, 전기자동차, 풍력발전소 설비 등에 사용됩니다.

하나로는 전 세계 NTD 반도체 수요의 약 15%를 담당하고 있습니다.

□ 한국원자력연구원이 부산 기장에 건설하는 신형 연구로는  하부구동 제어장치, 판형 핵연료 등의 최신기술을 적용하여 연구로 수출 역량을 획기적으로 강화하고, 핵의학 진단 및 치료에 필수적인 방사성 동위원소의 국내 수급 안정과 수출산업화 등에 활용될 전망입니다.

암세포 생물학의 풀리지 않은 숙제 중 하나인 '염색체 불안정성'의 비밀이 밝혀졌습니다.

가족력을 갖는 유방암 환자의 1/3은 BRCA2의 돌연변이에 의해 발병됩니다.

이 BRCA2와 관련된 암은 유방암 이외에도 췌장암, 남성 유방암, 난소암이 있는데, 이들은 매우 빠르게 발생하고 악성의 정도가 극심한 것이 특징입니다.

□ 서울대  이현숙 교수팀은 세포분열 체크포인트를 조절하는 유방암 억제인자 'BRCA2'가 돌연변이가 되어 제 기능을 하지 못하면, 염색체 분리조절 메커니즘도 잘못되어 염색체의 불안정성을 초래하고, 이로 인해 염색체 숫자에 이상을 일으켜 유전정보가 대규모로 빠르게 변형되어 결국 암을 유발한다는 사실을 밝혀냈습니다.
 
세포는 유전정보를 정확히 전달하기 위해 세포분열 체크포인트를 진화시켰는데, 이 교수팀은 지난 2009년에 단백질 BubR1이 아세틸화되면 세포분열 체크포인트 기능을 수행하는데 필수적인 역할을 하게 된다는 사실을 밝혀낸바 있습니다(EMBO Journal 28권).

이번 연구는 그 후속으로 BRCA2가 BubR1의 아세틸화를 강화시키면서 정확한 유전정보 전달도 조절한다는 새로운 사실을 밝힌 것으로, 세포분열조절 메커니즘과 암 발생과의 연관성을 규명한 것입니다.

이 교수팀은 세포, 동물실험, 환자 샘플 등 다양한 방법으로 BRCA2가 세포분열 조절에 관여한다는 사실을 규명했습니다.

이것은 기초세포생물학으로 암의 발생과정을 설명하는 모범적인 사례로 평가 받고 있습니다.

BRCA2 에 의한 세포분열 조절 기작 모식도

□ 연구팀은 세포이미징 등 최첨단 기법을 이용하고 유전자 조작 마우스로 세포학적 연구를 유전학적으로 확인했습니다.

또한 서울대병원 노동영 교수팀과의 공동연구로 환자병리샘플에서 임상으로 응용할 수 있는 가능성도 확인했습니다.

이번 연구성과는 BRCA2 돌연변이가 유발하는 암의 특징을 분자적으로 설명한 결과로서, BRCA2 돌연변이 여부에 따른 치료법 선택과 예후인자발굴 등에도 응용될 전망입니다.
  
이번 연구는 이현숙 교수가 주도하고 최은희 박사후연구원, 박필구 박사과정생, 이혜옥 박사후연구원이 공동 제1저자로 참여했습니다.

연구결과는 세계 최고 권위의 과학전문지 Cell의 자매지인 'Developmental Cell'지 2월 14일자에 게재되었습니다.
(논문명 : BRCA2 fine-tunes the spindle assembly checkpoint through reinforcement of BubR1 acetylation) 

Developmental Cell 논문의 제1저자 최은희 박사와 이혜옥 박사가 이현숙 교수(왼쪽)와 TIme-lapse 현미경을 보면서 토의하는 장면

 용  어  설  명

세포 분열 체크포인트 (Spindle assembly checkpoint, SAC) :
세포 분열 체크포인트는 모든 염색 분체의 동원체 (kinetochore)에 미세소립자로 구성된 방추사 (microtubule)가 양극 방향으로 결합할 때까지 염색체 분리를 막는 체크포인트이다.
SAC은 염색체 분리를 일으키는 Anaphase promoting complex/cyclosome (APC/C)라는 E3 ligase의 활성을 저해한다. 모든 염색 분체의 동원체에 양극방향의 방추사가 결합하면, APC/C의 활성이 증가하여 세포분열 카이나아제 (CDK1)의 조효소인 Cyclin B와 염색분체 분리를 일으키는 세퍼라아제 (separase)의 억제자인 Securin 등이 분해되면서 염색 분체 분리가 시작된다.

BRCA2 (Breast cancer susceptibility gene 2) :
대표적인 암억제인자로 가족력이 있는 유방암 환자에서 돌연변이가 발견되어 동정된 유전자이다.
BRCA2 의 돌연변이는 여성 유방암뿐만 아니라 췌장암, 남성 유방암과 난소암에서도 발견되며 빠른 발병과 악성 정도가 심하다는 것이 특징이다.
BRCA2가 망가진 세포는 염색체 구조 이상과 염색체 수가 불안정한 이수배수체 (aneuploidy) 를 보인다. 

BubR1 (Budding uninhibited by benzimidazole 1 homolog beta, Bub1b 혹은 BubR1) :
APC/C의 활성을 직접 억제하여 정확한 유전정보의 전달에 필수적인 SAC 단백질이다.
세포분열기에 라이신 250번 잔기가 acetyltransferase, PCAF에 의해 아세틸화되고, 이는 SAC 기능을 강화한다. 

<연 구 개 요> 가족력을 가지는 유방암의 1/3은 BRCA2 암억제인자의 돌연변이에 기인한다. BRCA2 와 연관된 암은 유방암 외에 췌장암, 남성 유방암, 일부의 난소암이 있는데 이들의 특징은 매우 빠르게 발명하며 악성의 정도가 심하다는 것이다. BRCA2 유전자의 암억제기능에 대한 연구는 세계적으로 활발히 진행되고 있으며, 대표적으로 손상된 DNA 복구 기작인 homologous recombination (HR) 조절자로서의 기능이 보고된 바 있다. BRCA2 가 망가진 세포의 대표적인 특징은 HR 부재로 인한 염색체 구조의 이상과 염색체 단위의 수의 이상, aneuploidy 이다.  Aneuploidy 는 염색체 분리 조절 기작이 잘못되어 초래되는데, 세포는 이를 막기 위한 spindle assembly checkpoint (SAC) 를 진화적으로 보존하고 있다. SAC은 모든 염색분체의 kinetochore 에 bipolar microtubule 이 결합할 때 까지 Anaphase promoting complex/cyclosome (APC/C) 라는 E3 ligase 의 활성을  억제함으로써 염색체분리를 막는다. BubR1 은 SAC 기능에서 핵심적인 인자이다. 본 연구진은 선행 연구에서 BubR1 이 prometaphase 에 acetyltransferase 인 PCAF 에 의해 아세틸화되고, 이러한 BubR1 아세틸화가 SAC 기능에서 중요함을 밝혔다.  그림 1. BRCA2 에 의한 세포 분열 조절기작 모식도. BRCA2 는 BubR1 아세틸화를 강화하고, 이를 통해 정확한 세포분열을 조절한다.   본 연구진은 세포, 유전자 조작 마우스, 유방암 환자 샘플 등 다양한 시스템에서 BRCA2 가 BubR1 아세틸화를 강화함으로써 세포분열 조절에 관계한다는 새로운 사실을 밝혀내었다 (그림 1). 지금까지 BRCA2 의 기능 연구는 BRCA2 를 특이적으로 인지하는 항체가 부족하고, 커다란 BRCA2 단백질 크기의 문제로 생화학적 접근에 많은 어려움이 있었다. 그림 2. A) BRCA2 (빨강)와 BubR1 (초록) 이 prometaphase 의 kinetochore 에서 결합함 (노랑). 염색체 (파랑)를 슬라이드에 스프레드 한 후, 면역 형광염색법을 이용하여 관찰한 결과; B) BRCA2 가 망가진 세포 (siBRCA2)에서 BubR1 (초록)과 PCAF (빨강) 의 세기가 감소함. PCAF가 망가진 세포 (siPCAF)에서 BubR1 세기가 감소함.               본 연구팀은 이를 극복하기 위하여 BRCA2 를 특이적으로 인지하는 항체를 개발하고, 형광단백질이 달린 BRCA2 를 안정적으로 발현하는 세포주를 도입하여 최첨단 세포 이미징 기법을 이용한 BRCA2 연구를 진행하였다.  BRCA2 는 prometaphase 에 BubR1과 직접 결합하여 PCAF 와 BubR1 의 결합을 도와주는데 BRCA2가 망가져 기능하지 못하는 경우, BubR1 아세틸화가 감소하고 그로인해 염색체 분리 조절 기작이 잘못됨을 확인하였다 (그림 2). 즉, BRCA2 는 모든 염색분체의 kinetochore 에 microtubule 이 양극으로 정확하게 부착될 때 까지 BubR1 아세틸화를 강화함으로써 APC/C의 활성을 억제하여 유전정보의 안정성을 유지한다. 그림 3. BRCA2 가 망가진 유방암 환자 샘플에서 BubR1 레벨 (갈색) 이 감소함. A) 정상 조직; B) BRCA2 가 정상인 유방암 조직; C) BRCA2 가 돌연변이된 정상 조직; D) BRCA2 가 돌연변이된 유방암 조직. BRCA2 와 BubR1의 결합을 망가뜨린 유전자 조작 마우스 (mB2-9 TG) 를 제작하여, BubR1 아세틸화가 현저히 감소하고, 이로 인해  SAC 의 기능이 약화되어 aneuploidy가 증가함을 관찰하였다. 이 마우스는 생후 1년이 되었을 때 다양한 조직에서 spontaneous cancer가 발생하였는데, 이는 BRCA2 의 세포분열 조절 기능의 이상으로 인한 암의 발병을 개체수준에서 증명한 것으로 그 의의가 크다. 한편, BRCA2가 망가진 유방암조직에서 BubR1 염색이 감소하는 상관관계를 증명함으로써 BRCA2-BubR1 사이의 연관성을 이용한 임상 응용 가능성을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 BRCA2 의 새로운 세포분열 조절 기능은 BRCA2 가 돌연변이 되어 제대로 기능하지 못 하는 경우 염색체 분리 조절 기작의 약화를 초래하며 이는 염색체 단위의 유전정보의 손상을 야기하고, 빠르게 악성 종양의 발생을 유발하게 됨을 설명한다. Aneuploidy 는 대표적인 암의 특징이나 암과 관련되어 보고된 SAC 유전자의 돌연변이는 매우 드물다. BRCA2 를 통한 세포분열 조절 기작은 SAC 유전자의 돌연변이 없이 염색체 수의 불안정성을 초래하는 분자적 기작을 설명하는 연구로 이 연구를 확대하여 세포 분열 이상과 암발생 기작 연구를 선도적으로 풀어낼 수 있을 것으로 기대한다. 또한 병원과의 협력 연구를 통하여 BRCA2-BubR1 사이의 연관성을 이용한 임상적 응용 가능성을 타진함으로써 항암 치료법의 선택, 예후 인자 발굴 등 광범위하게 적용이 가능할 것으로 기대한다.

<이현숙 교수> 1. 인적사항   ○ 소 속 : 서울대학교 자연과학대학 생명과학부   2. 학력   ○ 1986 - 1990: 이화여자대학교 학사 (생물학)   ○ 1990 - 1992: 서울대학교 석사 (생물학)   ○ 1996 - 1999 : 캠브리지대학 (MRC-LMB) 박사 (분자세포생물과학)   3. 경력사항 ○ 1992.3 - 1996. 8 : 목암연구소, 연구원/선임 연구원. ○ 1999.9 - 1999.12 : 캠브리지대학 (MRC-LMB), 박사후 연구원 ○ 2000.1 - 2000. 8 : 하버드대학, 박사후 연구원, Wellcome Trust Traveling fellow ○ 2000.9 - 2002. 2 : 워싱턴 대학, 박사후 연구원, Wellcome Trust Traveling fellow ○ 2002.9 - 2004. 2 : 이화여자대학교 분자생명과학부, 연구 교수 ○ 2008.8 - 2009. 7 : 서울대학교 기초 교육원, 부원장 ○ 2004.3 - 현재    : 서울대학교 생명과학부, 조교수/부교수 4. 주요연구업적 1. Choi E., Park P-G., Lee H-O., Lee Y-K., Kang K.H., Lee J.W., Han W., Lee H. C., Noh D-Y., Lekomtsev S., Lee H. (2012). BRCA2 fine-tunes the spindle assembly checkpoint through reinforcement of BubR1 acetylation. Dev. Cell.  22:  (in press). 2. Min J., Choi ES., Hwang K., Kim J., Sampath S., Venkitaraman AR., Lee H  (2011). The breast cancer susceptibility gene BRCA2 is required for the maintenance of telomere homeostasis. J. Biol. Chem. Doi:10.1074/jbc.M111.278994. epub ahead 2011 Dec. 20th. 3. Choi E., Choi H., Min J., Choi, J-Y., Kim J., and Lee H. (2009). BubR1 acetylation at prometaphase is required for modulating APC/C activity and timing in mitosis. EMBO J. 28: 2077-2089. 4. Lee Y., Choi E., Park P-G., Kim M. A., Park N-H, and Lee H. (2009) BubR1 as a prognostic marker for recurrence-free survival rates in epithelial ovarian cancers. Brit. J. Cancer. 101: 504-510. 5. Jeong K., Jeong J-Y., Lee H-O., Choi E., and Lee H. Inhibition of Plk1 Induces Mitotic Infidelity and Embryonic Growth Defects in Developing Zebrafish Embryos (2010). Dev. Biol. 345: 34-48. 6. Hur E. M., Son M. Y., Lee O. H, Choi Y. B., Park C. W., Lee H., and Yun Y. (Co-corresponding author) (2003). Lime, a novel transmembrane adaptor protein associates with p56lck and mediates T cell activation. J. Exp. Med. 198(10):1463-1473. (cited 43) 7. Lee H., and Kimelman D. (2002). A dominant-negative form of p63 is required for epidermal proliferation in zebrafish. Dev. Cell. 2, 607-616. (cited 124) 8. Lee H., Trainer A. H., Friedman L. S., Thistlethwaite F. C., Evans M. J., Ponder B. A., and Venkitaraman A. R. (1999). Mitotic checkpoint inactivation fosters transformation in cells lacking the breast cancer susceptibility gene, Brca2. Mol. Cell. 4, 1-10. (cited 134)

최은희 연구원 이력사항

1. 인적사항 
 ○ 소 속 : 서울대학교 자연과학대학 생명과학부
 ○ 전 화 : 02-886-4339
 ○ e-mail : eh0803@snu.ac.kr

2. 학력
  ○ 2000 - 2004 : 이화여자대학교 학사 (생명과학)
  ○ 2004 - 2010 : 서울대학교 박사 (생명과학)
 
3. 주요연구내용
1. Choi E., Park P-G., Lee H-O., Lee Y-K., Kang K.H., Lee J.W., Han W., Lee H. C., Noh D-Y., Lekomtsev S., Lee H. (2012). BRCA2 fine-tunes the spindle assembly checkpoint through reinforcement of BubR1 acetylation. Dev. Cell.  22:  (in press).
2. Jeong J-Y., Jeong K., Lee H-O., Choi E., and Lee H. (2010) Inhibition of Plk1 Induces Mitotic Infidelity and Embryonic Growth Defects in Developing Zebrafish Embryos. Dev. Biol. 345(1): 34-48
3. Choi E., Choi H., Min J., Choi, J-Y., Kim J., and Lee H. (2009). BubR1 acetylation at prometaphase is required for modulating APC/C activity and timing in mitosis. EMBO J. 28: 2077-2089.
4. Lee Y., Choi E., Park P-G., Kim M. A., Park N-H, and Lee H. (2009) BubR1 as a prognostic marker for recurrence-free survival rates in epithelial ovarian cancers. Brit. J. Cancer. 101: 504-510.  
5. Choi E. and Lee H. (2008). Chromosome damage induces BubR1 activation and prometaphase arrest. FEBS Letters 582:1700-1706
6. Min J., Park P-G., Kho E., Choi E., and Lee H. (2007). Identification of Rad51 regulation by using C. elegans BRCA2 and Bimolcular fluorescence complementation analysis. Biochem Biophys Res Commun. 362 (4): 958-964.

박필구 박사과정생 이력사항

1. 인적사항 
 ○ 소 속 : 서울대학교 자연과학대학 생명과학부
 ○ 전 화 : 02-886-4339
 ○ e-mail : ppkmtg81@snu.ac.kr

2. 학력
  ○ 2001 - 2005 : 서울대학교 학사 (생명과학)
  ○ 2005 - 2012 : 서울대학교 박사 취득 예정 (생명과학)
 
3. 주요연구내용
1. Choi E., Park P-G., Lee H-O., Lee Y-K., Kang K.H., Lee J.W., Han W., Lee H. C., Noh D-Y., Lekomtsev S., Lee H. (2012). BRCA2 fine-tunes the spindle assembly checkpoint through reinforcement of BubR1 acetylation. Dev. Cell.  22:  (in press).
2. Lee Y., Choi E., Park P-G., Kim M. A., Park N-H, and Lee H. (2009) BubR1 as a prognostic marker for recurrence-free survival rates in epithelial ovarian cancers. Brit. J. Cancer. 101: 504-510.
3. Park P-G. and Lee H. Development of thymic lymphomas in mice disrupted of Brca2 allele in the thymus. Exp. Mol. Med. 40: 339-344.
4. Min J., Park P-G., Kho E., Choi E., and Lee H. (2007). Identification of Rad51 regulation by using C. elegans BRCA2 and Bimolcular fluorescence complementation analysis. Biochem Biophys Res Commun. 362 (4): 958-964.

이혜옥 연구원 이력사항

1. 인적사항 
 ○ 소 속 : 서울대학교 자연학대학 생명과학부
           (현)고려대학교 의과대학 병리학교실
 ○ 전 화 : 02-920-6144
 ○ e-mail : haeockl@korea.ac.kr

2. 학력
  ○ 2001 - 2005 : 서울대학교 학사 (미생물학과)
  ○ 2005 - 2012 : 노스웨스턴대학 박사 (면역미생물학)
 
3. 경력사항
○ 2000 - 2002 : 워싱턴 대학, 박사후 연구원
○ 2002 - 2004 : 국립암센터, 박사후 연구원
○ 2004 - 2006 : 서울대학교 생명과학부, 박사후 연구원
○ 2006 - 2010 : 서울대학교 유전공학연구소, 연구 조교수
○ 현재 : 고려대학교 의과대학 병리학교실, 연구 강사

4. 주요 연구 내용
1. Choi E., Park P-G., Lee H-O., Lee Y-K., Kang K.H., Lee J.W., Han W., Lee H. C., Noh D-Y., Lekomtsev S., Lee H. (2012). BRCA2 fine-tunes the spindle assembly checkpoint through reinforcement of BubR1 acetylation. Dev. Cell.  22:  (in press).
2. Lee H-O., Choe H., Seo K., Lee H. and Kim J. (2010). Fgfbp1 is essential for the cellular survival during zebrafish embryogenesis. Mol. Cells. 29;501-507
3. Jeong J-Y., Jeong K., Lee H-O., Choi E., and Lee H. (2010) Inhibition of Plk1 Induces Mitotic Infidelity and Embryonic Growth Defects in Developing Zebrafish Embryos. Dev. Biol. 345(1): 34-48
4. Nam S., Min K., Hwang H., Lee H-O., Lee JH., Yoon, J., Lee H., Park S., Lee J. (2009). Control of Rapsyn stability by the CUL-3-containing E3 ligase complex. J. Biol. Chem. 284(12):8195-206.
5. Lee H-O., Cho M., Lee J-H., Kim H-S., Yun Y., Lee H. (2007). SuPr-1-mediated desumoylation regulates the repressor activity of △Np63a. FEBS Letters. 581 (29): 5640-5644
6. Lee H-O., Lee J-H., Kim T-Y., and Lee H. (2007). Regulation of △Np63a by TNF-alpha in Epithelial Homeostasis. FEBS J. 274 (24): 6411-6522.
7. Lee H-O, Lee J-H., Choi E., Seol J., Yun Y., and Lee H. (2006). A dominant negative form of p63 inhibits apoptosis in a p53-independent manner. Biochem Biophys Res Commun. 344(1):166-72.