우리얘기

식물세포가 엽록체를 통해 광합성하거나 동물세포가 미토콘드리아를 통해 에너지를 생산하려면 수천 개의 엽록체 단백질이나 미토콘드리아 단백질들이 필요한데, 이들 모두는 세포 소기관만이 독자적으로 보유한 '리보좀'에서 만들어진다.

이러한 리보좀 생성은 다양한 인자들에 의해 복잡하고 정교한 과정으로 매개되는데, 그 중에 Obg유전자로부터 생성되는 GTP가수분해효소(Obg GTPase)는 미생물의 리보좀 생성에 필수인자로써 미생물 생존에 중요한  것으로 보고되어 왔고, 현재 항생제 개발을 위한 관심의 대상이기도 하다.
최근에는 일본 교토대학의 연구팀이 Obg유전자가 사람의 세포 내 미토콘드리아 발달과정에 중요한 영향을 미치는 것을 보고하여 많은 관심을 받아 왔지만, Obg 유전자가 진핵세포 소기관내에서 어떤 분자생물학적 기능을 담당하는지에 대해서는 그 결과가 턱없이 부족한 실정이었다.

본 연구에서는 식물에서 Obg유전자의 기능을 상실시켜 생리학적, 세포생물학적 그리고 분자생물학적으로 어떤 현상이 나타나는지를 관찰하였다.

Obg 기능이 상실된 애기장대의 백화 현상 (왼쪽은 Obg 돌연변이, 오른쪽은 정상 애기장대를 나타냄)

Obg 기능이 상실된 애기장대의 세포구조(a, b, c) 정상 애기장대의 세포구조 (d, e, f) Obg 기능이 상실된 애기장대의 세포구조

그 결과 Obg 기능이 상실된 식물에서는 정상적인 엽록체를 제대로 만들지 못해 광합성이 저해된 백화(albino)현상이 나타났으며, 이러한 식물에서 엽록체 내의 단백질 합성과 리보좀을 구성하는 rRNA의 processing이 저해되는 것을 확인 할 수 있었다. 그리고 Obg단백질이 리보좀 생성에 필수적인 23S rRNA와 특이적으로 상호작용한다는 것을 증명하였다.

그리고 Obg 단백질은 Obg fold, G domain 및 OCT와 같은 세 가지 기능단위들로 구성되어 있는데, 본 연구에서는 Obg fold가 리보좀을 구성하는 단백질이나 rRNA와 상호작용함으로써 리보좀 생성에 필수적으로 관여하고, G domain는 세포 내의 GTP 또는 GDP와 같은 대사체들을 인지하여 Obg fold의 기능을 조절하는 것으로 확인했다.
그리고 OCT는 리보좀 생성에 대한 Obg의 기능에 중요하지 않지만, 환경 스트레스에 관련한 역할을 할 것으로 예상하였다. 

(A) Obg 돌연변이 식물(obgc-1)에서 rRNA processing의 저해 (B) Obg단백질의 23S rRNA와의 상호작용

(A, B) 세균 Obg의 구조, (C, D) 식물 엽록체 Obg의 구조, (E아 F) 식물 미토콘드리아 Obg의 구조, (G)사람의 미토콘드리아 Obg의 구조, (H) 사람의 세포 핵 Obg의 구조

 
한편 엽록체와 미토콘드리아와 같이 독자적인 유전자 발현체계를 가진 세포 소기관들은 과거 원시 세균이 주세포(host cell)에 공생하여 진화과정을 통해 생성되었기 때문에, 엽록체와 미토콘드리아에서 기능하는 단백질들은 대부분이 세균으로부터 진화했을 것으로 예상된다.
이러한 개념에서 엽록체와 미토콘드리아의 Obg 단백질 구조를 세균의 Obg와 분자 진화학적으로 비교해 보았을 때, 리보좀 합성에 중요한 Obg fold와 G domain의 형태가 거의 동일한 것을 확인 할 수 있었다.
하지만 엽록체 Obg는 세균 Obg처럼 OCT를 보유하는데 반해, 미토콘드리아 Obg는 OCT가 없고, 단지 Obg fold와 G domain만을 가지고 있었다.

(A) 엽록체 내에서 Obg의 역할에 대한 모델(B) Obg의 단백질 구조에 따른 기능 모델

지금까지의 내용을 종합하면, 본 연구에서는 Obg 단백질은 자신의 G domain을 통해서 세포 내 GTP 또는 GDP를 인지하여 Obg fold의 기능을 조절함으로써, 엽록체 리보좀의 생성에 필수적으로 관여하고, 이는 식물의 정상적인 엽록체 생성과 광합성에 매우 중요하다는 것을 증명하였다.
그리고 Obg 단백질의 구조를 분석하여 동물의 미토콘드리아에 존재하는 리보좀의 생성과정에도 Obg 유전자가 반드시 필요하다는 사실을 분자진화적으로 확인하였다.

<방우영 연구교수>

4. 발표논문 :
2009년 11월 경남과학기술대학교 양돈과학기술센터에 연구교수로 부임 후 약 2년 6개월간 10편이상의 국외 SCI저널에 논문 게재
(SCI에 개재된 논문은 아래 5. 논문 업적 참고)

5. 주요 논문 업적

1. Bang WY, Chen J, Jeong IS, Kim SW, Kim CW, Jung HS, Lee KH, Kweon HS, Yoko I, Shiina T, Bahk JD (2012) Functional characterization of ObgC in ribosome biogenesis during chloroplast development. Plant J. doi: 10.1111/j.1365-313X.2012.04976.x. 
2. Kim SW, Kang HY, Hur J, Gal SW, Bang WY, Cho KK, Kim CU, Bahk JD, Lee JH (2011) Construction of a conditional lethal Salmonella mutant via genetic recombination using the ara system and asd gene. J. Microbiol. Methods. 87:202?207
3. Lee YH, Cho ES, Kwon EJ, Kim BW, Park DH, Park HC, Park BY, Nam J, Jang IS, Choi JS, Bang WY*, Kim CW (2011) Discovery of Non-synonymous Synonymous SNP in the ApoR Gene Associated with Pork Meat Quality Traits. Biosci. Biotechnol. Biochem. 75(10):2018-2020 (*교신저자)
4. Im CH, Hwang SM, Son YS, Heo JB, Bang WY, Suwastika IN, Shiina T, Bahk JD (2011) Nuclear/nucleolar GTPase 2 proteins as a subfamily of YlqF/YawG GTPases function in pre-60S ribosomal subunit maturation of mono- and dicotyledonous plants. J. Biol. Chem. 286(10):8620-32.
5. Lee Y, Bang WY, Kim S, Lazar P, Kim CW, Bahk JD, Lee KW (2010) Molecular Modeling Study for Interaction between Bacillus subtilis Obg and Nucleotides. PLoS One. 5: e12597.
6. Heo JB*, Bang WY*, Kim SW*, Hwang SM*, Son YS, Im CH, Acharya BR, Kim CW, Kim SW, Lee BH, Bahk JD (2010) OsPRA1 plays a significant role in targeting of OsRab7 into the tonoplast via the prevacuolar compartment during vacuolar trafficking in plant cells. Planta 232:861-871. (*공동 주저자)
7. Bang WY, Hata A, Umeda T, Masuda T, Ji C, Im CH, Yoko I, Suwastika IN, Jeong SI, Kim DW, Lee BH, Lee Y, Lee KW, Shiina T, Bahk JD (2009) AtObgC, a plant ortholog of bacterial Obg, is a chloroplast-targeting GTPase essential for early embryogenesis. Plant Mol. Biol. 71: 379-390
8. Bang WY, Kim SW, Jeong IS, Koiwa H, Bahk JD (2008) The C-terminal region (640-967) of Arabidopsis CPL1 interacts with the abiotic stress-and ABA-responsive transcription factors. Biochem. Biophys. Res. Commun. 372: 907-912
9. Bang WY, Kim SW, Ueda A, Vikram M, Yun DJ, Bressan RA, Hasegawa PM, Bahk JD, and Koiwa H (2006) Arabidopsis carboxy-terminal domain phosphatase-like isoforms share common catalytic and interaction domains but have distinct in planta functions. Plant Physiol. 142, 586-594.
10. Kim SW, Jeong EJ, Kang HS, Tak JI, Bang WY, Heo JB, Jeong JY, Yoon GM, Kang HY, and Bahk JD (2006) Role of RepB in the replication of plasmid pJB01 isolated from Enterococcus faecium JC1. Plasmid 55, 99-113.

생체 바이오 물질의 관찰을 통한 기질 특성 연구는 예전부터 의·공학 분야에서 매우 활발하게 진행되었다.
특정 단백질, 바이러스 또는 암세포 등의 생체 바이오 물질을 이미징하고자 할 때, 기존의 전반사 기반 형광 현미경(Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy) 같은 경우 회절 한계(diffraction limit) 로 인한 분해능(resolution) 한계 때문에, 구체적이고 정확한 분석이 어렵다.
최근에는 수십에서 수 나노미터(nano-meter)의 분해능을 얻을 수 있지만, 이는 상당히 고가의 특수 영상장비의 구비를 통해서만 가능하였다.
 
수 백 나노미터 사이즈 단위의 주기적 원형 패턴(pattern)으로 이뤄진 금속 나노홀 구조(metallic nano-hole structure)칩을 Electron-beam lithography 방식으로 제작한 후, 일반적으로 사용되는 전반사 형광 현미경 시스템에 접목시키면, 나노홀 표면 근접장 분포(near-field distribution)의 변형과 함께, 매우 강하게 국소화(localization)된 필드(field) 영역, 이른바 핫스팟(hot spot)이 생성된다. 나노구조(nanostructure)가 주기적으로 패턴되었기 때문에 핫스팟도 주기적 형태로 얻을 수 있으며, 이를 이용한 선택적 형광 영상법, 이른바 '나노미터 단위의 국소적 샘플링(NLS)' 방식을 통해 수 십 나노미터 크기의 분해능을 갖는 이미지를 얻는데 성공하였다.

이번 연구에 사용된 바이오 물질은 모터 단백질(motor proteins) 중 하나인 키네신(kinesin)과 2차원 평면상에서 특정 속도를 가지고 자유롭게 이동하는 마이크로튜불(microtubules)로서, 국내에서는 이러한 바이오 물질을 이용한 초고분해능 광학 영상법에 대한 연구의 전례가 많지 않았다는 점에서 큰 의의를 갖는다.

김동현 교수 연구팀은 나노홀 표면에서 형성되는 핫스팟 커널(kernel)을 이용하여 카메라를 통해 얻어진 마이크로튜불 이미지를 초고분해능 영상으로 복원해냈다. 이 같은 방법의 개발은 전 세계적 관심사인 세포 내 단백질의 동적 움직임 및 기질 분석, 세포와 다른 분자 간, 박테리아 또는 바이러스 간의 상호 작용에 대한 영상화 가능성을 제시한다.
 
2010년에도 이 연구팀은 불규칙적으로 제작된 나노섬(nano-island) 구조칩을 이용한 초고분해능 광학 영상 시스템 개발에 대한 연구를 진행하였으며, 당시의 연구 결과는 핫스팟을 이용한 바이오 물질의 영상화 방법으로써 기존 전반사 형광 현미경이 갖는 회절 한계를 극복할 수 있다는 연구 결과를 이미 입증한 바 있다.  

2. 학력
  1988 - 1993    서울대학교 전자공학과 학사
  1993 - 1995    서울대학교 전자공학과 석사
  1995 - 2001    Massachusetts Institute of Technology 전기공학부 박사
 
3. 경력사항
  2001 - 2002 미국 Corning Inc. Sr. Research Scientist
  2003 - 2004 미국 코넬대학 박사후연구원
  2004 - 현재 연세대학교 전기전자공학부 교수
  2011 - 현재 연세대학교 의료기기기술연구소 센터장

<김규정 박사>

4. 수상실적
  2008.  하이서울 서울시 장학생
  2008.  OSA Biomedical Optics Topical Meeting, 최우수발표상
  2009.  SPIE Optical Science and Engineering 장학금 수상
  2009.   대학 Intellectual Property-Ocean 공모전 자유부문 대상 수상
  2010.   연세대학교 대학원 최우수 논문상 수상
  2011.   SPIE　Optical and Photonics 장학금 수상

Ras Stabilization Through Aberrant Activation of Wnt/beta-catenin Signaling Promotes Intestinal Tumorigenesis Jeong, W.J. et al. (Science Signaling - 2012. 4.10)

라스(Ras)는 21 킬로달톤(KDa) 크기의 작은 지(G)-단백질들의 그룹에 속하며, 포유동물에서 K-, N-, H-Ras의 세 종류가 대표적인 것들로 알려져 있다. 라스가 처음으로 밝혀진 이후 30년의 세월이 지났지만, 라스는 여전히 암과 관련하여 가장 중요한 연구개발 대상으로 남아있다.
라스는 세포성장을 조절하는 중요한 단백질로 아랫단계인 어크(ERK) 및 PI3 kinase-Akt 신호전달계들을 한꺼번에 조절할 수 있는 신호전달의 스위치적인 역할을 수행한다. 정상적인 상황에서는 윗 단계로부터 유입되는 상피세포성장인자(EGF)와 같은 세포성장신호에 여부에 따라 GDP 혹은 GTP가 결합함으로 인해 불활성화 혹은 활성화 상태로 전환되며 신호전달을 조절한다(그림 1).

라스유전자에 돌연변이가 일어난 암환자들에서는 라스가 항상 GTP가 붙는 비정상적으로 활성화되어있는 형태로 만들어지며, 이 경우 GDP가 붙은 불활성화 상태로 돌아가지 못해 아랫단계로 항상 세포성장 신호를 보내는 결과가 되어 암 발생에 기여한다.  
  
이번 최강열 교수 연구진의 연구는 윈트(Wnt)라는 또 다른 세포성장 신호전달계를 통해 라스단백질이 분해될 수 있음을 밝혔으며, 이 때문에 돌연변이에 의해 GTP가 붙은 활성화형태의 라스가 만들어진다 해도, 분해되어 없어지기 때문에 암이 생기지 않음을 밝혔다.
이 연구는 수많은 연구자들이 지금까지 연구해온 라스라는 중요 단백질이 단백질분해수준에서 조절될 수 있음을 보여준 최초의 연구라는데 중요성이 있다고 하겠다.
더욱이 이 같은 조절이 사람과 동물의 암 발생에 중요한 역할을 수행한다는 것을 환자샘플과 모델동물을 이용해 확인했다. 새로운 라스분해 원리를 요약하면, 윈트신호전달이 낮게 유지되는 상황에서 (예로서 윈트신호전달계의 신호억제 인자들인 Apc 혹은 Axin가 과발현 등으로 기능을 잘 수행할 경우) GSK3b라는 인산화효소가 활성상태가 되어 트레오닌(Thr)-144, 와 Thr-148 번을 인산화 시킨다. 
이같이 인산화된 라스는 베타티알시피(b-TrCP)-E3-ligase 라는 단백질 분해에 관련되는 물질복합체가 결합할 수 있고, 이를 통해 라스는 유비퀴틴화 되어 26S 프로테아좀에 시스템에 의해 분해된다. 

암을 유발할 수 있는 형태(GTP결합)의 활성화된 라스의 경우, APC의 돌연변이같은 비정상적인 윈트신호에 의해 분해되지 않고 축적되면, 비정상적인 세포성장을 유도하여 암이 유발될 수 있다.
보통의 경우에는 돌연변이가 일어난 형태의 라스가 많이 만들어 진다고 하더라고 분해되어 암 발생을 유도하지 않으나, APC의 돌연변이에 의해서, 윈트신호가 활성화된 경우에는, 돌연변이가 일어난 GTP-Ras가 분해되지 않고 많이 축적되게 되어 아랫단계에 비정상적으로 세포성장 신호를 보내어 암을 발생시킴을 암환자와 동물모델을 통해 확인되었다.

이 같은 동물수준에서의 윈트신호에 의한 라스안정성 조절이 사람의 암 발생에서도 중요함을 사람의 대장암샘플을 이용하여 확인하였다.

이 경우 사람의 APC가 유전적으로 돌연변이가 일어난 FAP (familial type adenomatos polyposis coli) 환자샘플을 이용하여, 라스의 인산화 및 양적 상태를 윈트신호전달계 활성화 상황과 비교하여 보여주었다.

그림 7. APC가 돌연변이가 있는 가족력을 가진 환자(FAP; familial type adenomatos polyposis coli-사진 좌측아래)의 대장암 조직에서 윈트 신호전달계 활성화 마커인 베타카테닌(b-catenin)과 라스가 동시에 증가되나 인산화가 일어난 라스는 반대로 감소함을 보여주는 결과다. 오른쪽 그림은 다양한 암 진행 상태에서 베타카테닌과 라스가 비례적으로 증가하나, p-Ras는 감소함을 보여 준다.

-오늘날 라스를 타깃으로 하는 항암제 개발의 한계점- 

대장암을 비롯한 대부분의 암에서는 활성화 형태의 라스돌연변이가 매우 높은 비율로 발견되고 있으며(대장암에서는 30-50%, 췌장암에서는 90%), 이 같은 돌연변이는 결합된 GTP가 가수분해 될 수 없는 활성화형태로서 지속적으로 세포성장신호를 보내기 때문에 암이 발생하는데 기여한다.
라스가 암 발생, 특히 진행에 가장 중요한 원인인 것이 잘 밝혀진 이유로 해서, 활성화된 라스를 제어하는 항암제 개발은 라스와 암과 관련성이 발견된 이후, 수많은 암연구자들은 물론 제약회사에서 크게 관심을 가져왔다.
대표적인 라스 제어 항암제 개발방법으로 시도된 것은 뉴클레오타이드 유사물질을 이용하여, 활성화된 GTP-Ras에서 라스를 떼어내려는 시도를 하였으나, GTP-Ras간의 결합력이 워낙 강해 GTP의 결합을 못하게 하는 유사물질 개발은 대부분이 실패했다.
또한 라스에 결합하여 그 활성을 억제하는 저분자화합물을 개발하려는 시도도 라스단백질의 구조상 저분자 화합물이 달라붙을 수 있는 공간이 마땅하지 않아 (그림 8) 이에 대한 연구개발도 대부분 실패로 끝났다. 

 

그림 8. 라스는 GTP(붉은색)가 높은 친화력을 가지고 달라붙어있고, 또한 구조적으로 저분자 화합물이 붙기 힘든 구조를 취하고 있다.

앞서 설명한 바와 같이 라스가 기능을 수행하기 위해서는 작용하는 장소인 세포막으로 위치 이동되는 것이 매우 중요하다. 따라서 라스가 세포막으로 이동하는데 필요한 파네실화(Fanesylation)를 억제하는 파네실트랜스퍼라제 저해제(Farnesyltransferase inhibitor; FTI)는 지난 20년간 수많은 암 연구자들과 제약회사들에 의해서 항암제 개발이 시도되었다.
하지만 이 저해제에 의해서 라스의 파네실레이션이 억제되어도 저라닐저라닐레이션(Geranylgeranylation)이라는 부수적인 지질화에 의해서 여전히 세포막으로 이동할 수 있음이 밝혀졌다.
따라서 파네실트렌스퍼라제 저해제 항암제개발에 제동이 걸렸으며, 이와 더불어 효과나 안정성 부작용 등의 문제가 밝혀짐으로써, 현재로서는 많은 연구자의 경우 라스를 직접 조절 할 수 있는 항암제 개발은 실패로 끝났다! 라고 판단하는 상황에 있다.
하지만 라스를 직접 제어하는 항암제 개발의 중요성에 대해서는 아직 모두 인정하고 있는 상황이다. 오늘날 많이 사용되기 시작했으며, 2017년까지 판매가 급증 하리라 예상되고 있는 차세대의 항암제로 알려진 상피세포성장인자수용체(EGFR) 작용하는 특이적인 상피세포성장인자 수용체 단클론항체항암제(EGFR mAb)들이 K-Ras에 돌연변이가 있는 환자에서 효과가 없음이 밝혀짐으로서 라스를 직접 제어하는 항암제 필요성은 그 어느 때 보다 더욱 절실 하다고 하겠다.

-연구 의의-

라스를 분해시키는 메커니즘을 밝힌 이번 연구결과는 돌연변이가 일어나 활성화된 라스를 가지는 암환자를 치료할 수 있는 한계극복용 라스제어 화합물 항암제를 개발하기 위한 초석이 될 전망이다.
최강열 교수 연구진은 현재 연구를 통해 라스를 분해하는 저분자화합물을 화합물라이브러리 스크리닝을 통해 발굴하였고, 종양저해 효과를 확인하였으며, 같은 대학의 한균희 교수와 공동으로, 유사화합물들을 합성하여 약효가 증진되고 안정성 있는 항암제로 개량하는 연구를 진행하고 있다.
이들 화합물항암제들은 돌연변이에 의해 활성화된 라스를 분해하는 혁신적인 항암제로 개발될 수 있을 전망이다. 이 저분자 라스분해 항암제는 파네실트란스퍼라제 항암제들의 개발이 실패로 돌아간 상황에서 직접적으로 라스를 제어하는 한계 극복형 항암제가 될 전망이다.
특히 이 화합물들은 라스에 직접 작용하기 때문에, 상피세포수용체(EGFR) 단클론항체항암제들에 효과를 보지 못하는 K-Ras 돌연변이 환자들의 치료에 적용할 수 있는 한계극복용 항암제가 될 전망이다.
마지막으로 라스의 경우 ERK 신호전달계는 물론, 라스가 조절하는 것으로 알려진 암 발생과 관련된 또 하나의 중요 신호전달계인 PI3 kinase-Akt 신호전달계를 조절하기 때문에 오늘날 항암제의 개발 방향인 이상적인 다중타겟항암제가 될 전망이다.
실제 2012년 현재 많은 연구자들이 ERK와 PK3 kinase-Akt 신호전달계를 각각의 신호전달계들을 저해하는 항암제들이 함께 처리했을 때(combinatory therapy시) 항암효과가 뛰어남이 관찰되었는데, 연구진이 개발하고 있는 라스분해 항암제의 경우는 단일 화합물로 이들 주요 신호전달계들을 동시에 제어할 수 있는 이상적인 항암제가 될 전망이다.

<최강열 교수>

2. 학력사항
  1978.2 - 1985.2   연세대학교  생명공학 학사   
  1988.8 - 1993.8  퍼듀대학교  생화학/생명과학 박사 
    
3. 경력사항 
  1993.9 - 1995.2     하버드 의과대학 생화학-분자약리학 박사후연구원
  1995.2 - 2001.8    연세의대 생화학-분자생물학교실 조/부교수
  2001.8 - 2004.8   연세대학교 공과대학 생명공학과 부교수
  2004.9 - 현재  연세대학교 생명시스템대학 생명공학과 교수
  2006.3 - 2007.2  연세대 유전체 협동과정 주임교수
  2003.1 - 현재  Experimental and Molecular Medicine, Editor
  2009.1 - 현재  Journal of Biochemistry, Associate Editor
  2007.1 - 현재  The Open Chemical and
    Biomedical methods Journal, Editorial Board
  2009.1 - 현재  World Journal of Stem Cells,  Editorial Board
  2009.9-2010.7         연세대 생명공학과 학과장
  2005.3 - 2009.8  국가지정연구실(NRL) 책임자
  2009.2 - 현재  단백질기능제어이행연구센터(ERC) 센터장 

4. 주요성과 

Woo-Jeong Jeong, Juyong Yoon, Jong-Chan Park,Soung-Hoon Lee, Seung-Hoon Lee, Saluja Kaduwal Hoguen Kim, Jong-Bok Yoon,  Kang-Yell Choi. 2012. Ras Stabilization Through Aberrant Activation of Wnt/beta-Catenin Signaling Promotes Intestinal Tumorigenesis. Science Signaling. 5, 1-14.

Byung-San Moon, Hyun Yi Kim, Mi-Yeon Kim, Dong-Hwa Yang, Jong-Min Lee, Kyung-Won Cho, Han-Sung Jung, and Kang-Yell Choi. 2011. Sur8/Shoc2 Involves Both Inhibition of Differentiation and Maintenance of Self-renewal of Neural Progenitor Cells via Modulation of ERK Signaling. Stem Cells. 29, 320-331

Ju-Yong Yoon, Kyoung-Hwa Koo, and Kang-Yell Choi. 2011. MEK1/2 Inhibitors, AS703026 and AZD6244, may be potential therapies for K-rasMutatedColorectalCancerthatisresistantto EGFR Monoclonal Antibody Therapy. Cancer Research. 71:445-453.

Dong-Hwa Yang, Ju-Young Yoon, Soung-Hoon Lee, Vitezslav Bryja, Emma R. Andersson, Ernest Arenas, Young-Guen Kwon, Kang-Yell Choi. 2009. Wnt5a is Required for Endothelial Differentiation of Embryonic Stem Cells and Vascularization via Pathways Involving Both Wnt/Beta-Catenin and PKCa. Circulation Research. 104, 372-379.

Sung-Eun Kim , Ju-Yong Yoon, Woo-Jeong Jeong, Soung-Hoo Jeon, Yoon Park, Jong-Bok Yoon ,Young Nyun Park, Hoguen Kim, and Kang-Yell Choi. 2009. H-Ras is degraded by Wnt/b-catenin signaling via b-TrCP-mediated polyubiquitination. Journal of Cell Science. 122, 842-848. (Cover paper/highlight paper)

Kang-Yell Choi., D. M. Lyons, and E. A. Elion. (1994). Ste5 thether multiple protein kinase in the MAP kinase cascade required for mating in Saccharomyces cerevisiae. Cell. 78, 499-512.

그동안 과학자들은 투과전자현미경으로 액체를 관찰하기 위해 산화규소나 질화규소 기판을 광식각 패턴기술을 통해 액체를 담을 수 있는 용기를 만들었다.
그리고 그 용기 안에 결정들이 포함된 액체를 담아 결정들의 성장이나 거동을 관찰하려고 노력해 왔다.

그러나 규소화합물 기판들은 상대적으로 중원소일 뿐만 아니라 그 두께가 두꺼워 투과전자현미경 안에서 전자빔과 기판의 상호작용으로 인해 액체 속 결정들의 원자단위 분석이 어려웠다.

한편 투과전자현미경을 이용한 생물체 연구의 경우에는 살아있는 생물을 그대로 관찰할 수 없었기 때문에 일정한 단계를 거쳐 조직이나 세포의 구조와 내용물을 살아있을 때의 상태대로 보존하면서 죽여 생물 시료를 만들었다.

그러나 이는 죽은 상태이기 때문에 생물체의 메카니즘을 확인할 수는 없었다. 또한 고정->탈수->매몰->절편제작->염색 등의 과정을 거쳐 관찰하는 것은 매우 복잡하다.

3. 경력사항
○ 1986. 7.~현재 KAIST 교수
○ 1981. 10.~1986. 7. 미국 Lawrence Berkeley Laboratory 연구조교
○ 1976. 1.~1981. 8. 금성사/금성정밀공업 중앙연구소 사원/과장

4. 주요연구실적
○ 2010 한국물리학회에서 Best Poster Award 수상
○ 2008 교육과학기술부 국가연구개발 우수개발성과패 수상
○ 2008 한국학술진흥재단 학술연구조성사업 우수성과사례 인증패 수상
○ 2001 한국과학기술단체총연합회 과학기술우수논문상 수상
○ 1996 KAIST 학술상 수상
○ 1985 미국전자현미경학회 Presidential Student Award 수상
○ 1985 미국금속학회 Scholastic Achievement Award 수상

5. 출판
○ 국외논문 400여편 게재
○ 저서 7권
○ 13개의 국내 특허 보유 

2. 학    력
○ KAIST 신소재공학과 학사 2004
○ KAIST 신소재공학과 석사 2007
○ KAIST 신소재공학과 박사 2012

3. 경력사항
○ 2012. 3.~현재 울산 과학기술대학교 방문 연구원
○ 2012. 3.~현재 KAIST 응용과학 연구소 연수 연구원
○ 2010. 2.~2011. 8. 미국 U.C. Berkeley에 방문 연구
○ 2008. 8.~2009. 8. 미국 Lawrence Berkeley National Laboratory의 National Center for Electron Microscopy에 방문 연구

4. 주요수상경력
○ 2010 BK 21 해외 장기 연수 장학금 수상
○ 2008 BK 21 해외 장기 연수 장학금 수상
○ 2007 한국장학재단 대학원생 국가연구장학금 수상

5. 출판
○ 15 편의 국제 학술 논문 출판
○ 8번의 국내 및 국제 학회 발표
○ 3개의 국내 특허 보유

Edge-carboxylated graphene nanosheets via ball milling In-Yup Jeon et al.
(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)

그래핀 나노시트는 0차원 플러렌, 1차원 탄소나노튜브, 3차원 흑연과 같은 탄소 나노물질의 동소체로서 2차원의 벌집모양의 결정구조가 판형으로 밀집되어 있는 구조를 가지고 있으며, 이 신물질은 다양한 응용 가능성을 지니고 있어 최근 학계로부터 엄청난 관심을 일으키고 있다.
그래핀 나노시트를 제조하기 위해서는 스카치테이프를 이용한 박리법, SiC기판에 성장시키는 에피택시 성장법, 화학 증기 증착법 (CVD), 산화 흑연 (GO)의 용액 박리 등 여러 기술들이 보고되었다.
스카치테이프를 이용한 박리법이 높은 품질을 가지는 그래핀 나노시트를 발견함으로 해서 노벨상을 수상하는 영예를 안았으나 이 방법은 매우 낮은 수율로 인해 대면적의 그래핀 나노시트 필름을 제작 하는 데에는 적합하지 않다.
30 인치 이상의 대면적 그래핀 나노시트 필름이 진공 상태에서 정교하고 세심한 제조 공정인 화학 증기 증착에 의해 제조되었으나, 이 역시 제조과정이 까다롭고 고가이기 때문에 대량생산에는 적합하지 않다.
흑연을 산화하여 산화 흑연으로 제조한 후에 용액상에서 박리하여 환원시키는 제조법은 현재 널리 보고되어 있으며 전 과정이 용액 내에서 진행되며 대량생산이 용이한 장점이 있다.
그러나 흑연 층간의 강한 반데르발스(Van der Waals) 인력으로 인해 용액 박리법은 강한 산화제를 필요로 하며 또한 까다로운 여러 공정이 수반된다.
이러한 부식성의 산화제는 탄소 기저면(basal plane)에 수많은 화학적·물리적 결함을 도입해서 종종 심각한 손상의 원인이 된다.
결과적으로 이 방법은 손상된 기저면을 복구시키기 위해 산화 그래핀을 환원시켜 환원된 산화 그래핀을 만드는 것이 필수적이다.
하지만 안타깝게도 환원 과정에는 위험한 환원제가 사용되지만, 환원이 전부 일어나지도 않는다 (~70%). 환원된 산화 그래핀은 여전히 산화된 기능기와 구조적 결함을 가지고 있으므로, 추가적으로 고온에서 가열냉각 (annealing) 과정을 거쳐야 한다.
 위에 언급된 산화 그래핀 제조법의 한계점을 극복하기 위해, 본 연구팀은 드라이아이스 존재 하에서 볼밀에 의해 간편하지만 효과적·친환경적·가장자리 선택적 기능화로 산화되지 않은 흑연 제조의 새로운 방법을 보고한다.
가장자리가 카르복실화된 흑연 (edge-carboxylated graphite, ECG)은 높은 수율로 제조되며, ECG는 용액 과정에 유용한 그래핀 나노시트로서 자가 박리를 일으켜 다양한 극성 용매에 매우 잘 분산된다.
산화 그래핀과는 달리 가장자리가 선택적으로 기능화된 흑연은 기저면의 높은 결정 구조를 보호할 수 있다.
가장자리에 붙어있는 기능기들은 서로 반발하는 성질을 지니고 있기 때문에 효과적으로 흑연의 가장자리를 벌리게 되며, 이는 용매 내에서 자가 박리를 일으키게 된다.
분산된 용액은 높은 품질의 그래핀 나노시트/필름의 제조를 가능하게 한다.
그 예로 산화 그래핀보다 더 뛰어난 1214 S/cm의 전기 전도도를 가지는 대면적의 그래핀 나노시트 필름은 기판 위에 필름을 형성하고 열로 기능기를 없애므로 해서 쉽게 제조할 수 있는 대면적의 그래핀 나노시트 필름은 또한 볼밀에서 카르복실화를 위해 사용된 반응물인 드라이아이스의 사용은 대기 중의 이산화탄소 배출과 지구에서 악영향을 줄이거나 없애기 위해 이산화탄소를 포획 및 저장하기에 용이할 수 있다.
유해한 화학물질도, 까다로운 공정도 없는 새로 개발된 볼밀 공정은 매우 낮은 제조단가에서 높은 품질의 그래핀 나노시트를 대량생산으로 기존의 제조법을 능가한다. 

Trends and seasonal cycles in the isotopic composition of nitrous oxide since 1940
대기 중 산화이질소 (N2O) 동위원소의 60년 변화추세와 계절 변동성

국내 연구진의 주도하에 대기 중 산화이질소(N2O) 안정동위원소의 계절 변동성이 처음으로 밝혀졌다.
서울대학교 지구환경과학부 박선영 연구교수와 김경렬 교수 연구팀은 미국 UC Berkeley 대학 Kristie A. Boering 교수 및 호주 CSIRO 기후관측센터 L. Paul Steele 박사 연구팀과의 공동 연구를 통해 산화이질소 동위원소의 계절 주기성을 밝힘으로써, 산화이질소의 생물-지구화학 순환을 규명하는 새로운 과학적 기틀을 제시하였다.
그 연구결과는 지구과학분야 최고 권위의 학술지인 네이처 지구과학(Nature Geoscience) 3월 11일자 온라인판에  발표되었다.
 
사람들의 농업혁명을 이루어낸 질소비료가 만들어 낸 원하지 않는 부산물인 산화이질소는 지구온난화 및 기후변화와 관련된 교토의정서가 규정한 주요 온실기체이며, 성층권 오존층 파괴를 촉매하는 대기 물질이다.
과학자들은 다음 세기에는 산화이질소에 의한 오존층 파괴가 냉매로 사용되어온 CFC와 같은 할로겐화합물의 효과를 능가할 것으로 전망한다.
할로겐화합물들은 생산과 사용의 규제로 현재 감소 추세에 있지만, 산화이질소의 경우 그 대기 중 농도가 산업혁명이후 지속적으로 증가하는 추세에 있고 최근 더욱 가파르게 상승하고 있다.
산화이질소의 자연적·인위적 생성원들을 규명하고 생성원의 차이에 따른 발생량을 측정하는데 있어서 가장 큰 과학적 난제는, 산화이질소가 광분해로 소멸되는 장소인 성층권 공기의 영향을 정량적으로 밝히는 것이었다.
 
서울대 박선영 교수, 김경렬 교수 연구팀은, UC 버클리 대학, 호주 온실기체 연구팀과 함께 1940년 이후 지난 60여년 동안 이 기체의 동위원소가 변화해온 과정을 추적하는 연구를 통하여 산화이질소의 증가가 농업 생산 증대를 위한 지속적인 비료 사용에 기인한 것임을 확인하였고, 비료 사용으로 미생물에 의한 토양 내 질산화 반응 (nitrification)이 탈질산화 반응(denitrification)에 비해 더욱 활성화됨을 밝혔다.
더욱이 산화이질소 동위원소 분포가 계절에 따라 주기적으로 변화하는 것을 최초로 증명하고, 동위원소 분포 계절변동의 폭과 주기가, 산화이질소의 생성원을 규명하고 성층권에서 발생하는 광분해의 영향 정도를 밝히는 새로운 척도임을 제시하였다.
본 연구는 토양내 미생물 생태, 성층권 광화학, 성층권-대류권 상호 공기 순환, 해양내 질소 화학 및 순환, 기후학 등 광범위한 분야에 향후 미칠 학문적 영향이 인정되어 네이처(Nature) 학술자매지인 네이처 지구과학(Nature Geoscience)에  게재된 것이다.
 본 연구의 서울대팀 공동저자인 김경렬 교수는 산화이질소의 분포에 미치는 성층권 광화학의 영향을 동위원소 분석을 통해 최초로 증명하고, 이 연구 결과를 1993년 사이언스(Science)지에 게재한 바가 있다.
또한 지구환경과학부 석좌교수였던 Paul J. Crutzen 교수에게 1995년 노벨화학상을 안긴 연구 성과가 바로 산화이질소를 포함한 질소화합물들이 관여하는 오존 형성과 파괴 기작에 대한 규명이었다.
 
본 논문의 제 1저자로서 연구를 주도한 박선영 연구교수는 "세계 인구 증가에 따른 식량 및 에너지 문제는 화학비료와 생물연료(biofuels)의 사용을 가속화시킬 것이며, 이에 따라 산화이질소의 배출은 지속적으로 증가될 것"이라고 경고한다.
따라서 "산화이질소 배출규제의 근거확보를 위하여 산화이질소 동위원소 분포의 시?공간적 변동에 대한 지속적 모니터링이 필요하며, 상대적으로 연구가 미흡한 해양에서의 산화이질소 생성 및 변화에 관한 연구가, 자연계 산화이질소 순환의 완전한 이해를 위해 반드시 진행되어야한다"라고 강조한다.

4. L. Paul Steele,  Ray L. Langenfelds, Paul J. Fraser, and Paul B. Krummel (공동저자) (Paul.Steele@csiro.au; Ray.Langenfelds@csiro.au; Paul.Fraser@csiro.au; Paul.Krummel@csiro.au)
호주 기후연구센터/CSIRO 대기 및 해양 연구소 (Centre for Australian Weather and Climate Research /CSIRO Marine and Atmospheric Research) 책임 연구원
  연구 분야: 남반구 온실기체 분포 특성 및 공기 시료 장기 보존에 관한 연구. Nature 및 Science 논문 다수 게재.

5. David M. Etheridge, Dominic Ferretti, Tas.D. van Ommen, and Cathy M. Trudinger (공동저자) (David.Etheridge@csiro.au; domferretti@yahoo.com; Tas.Van.ommen@aad.gov.au; Cathy.Trudinger@csiro.au)
 호주 기후연구센터/CSIRO 대기 및 해양 연구소/타스마니아 대학 (Centre for Australian Weather and Climate Research /CSIRO Marine and Atmospheric Research/University of Tasmania) 책임 연구원
  연구 분야: 극지방 빙핵 및 firn에 포집된 과거 공기시료에서의 온실기체 연구