우리얘기

우리 인간 세포 내 기능을 수행하는 것은 단백질이다.
이러한 단백질들은 각기 다른 수명을 가지고 있다.
하지만 그 단백질들의 수명이 달라진다면 세포의 행동 양식 및 증식력이 변화되며, 이러한 세포들이 체내에 많아진다면 질병으로 나타날 수 있다.
따라서 단백질의 분해는 세포의 정상적인 기능 유지에 매우 필수적이다.
대부분의 암 성장 및 종양 발달에 Akt의 기능은 매우 중요한 역할을 한다.
비록 Akt의 과활성화가 정상세포에 비교하였을 때, 암세포에서 많이 관찰되어 있어, 그 활성을 막고자 하는 연구가 지속되어 왔지만, Akt의 분해를 직접적으로 유발할 수 있는 효소를 발굴하고자 하는 연구는 아직 걸음마 수준에 있다.

Akt의 과활성화는 암세포의 성장, 전이, 항암제 내성 등과 같은 현상을 유발시킨다.
그리고 암세포에서 Akt의 활성을 억제 및 인위적으로 Akt 분해를 유발시키면 암세포의 사멸 및 전이 억제와 항암제 효과가 커지는 것이 보고되었다.
하지만 세포내에서 어떠한 효소가 Akt의 분해를 유발하여 활성을 억제시키는지와 그로 인해 암세포의 사멸을 촉진시킬 수 있는지에 대한 연구는 아직까지 보고되고 있지 않았다.
본 연구는 세포내에 존재하는 뮬란(MULAN)이라는 효소가 Akt라는 단백질을 강력하게 분해시켜, 암세포의 성장 및 발달을 매우 효과적으로 억제시킬 수 있다는 결과를 밝혀냈다.
본 연구수행 당시 뮬란이라는 효소는 전 세계에서 보고된 적 없는 신규 유전자였으나, 애석하게도 최근 타 연구그룹에 의해서 뮬란이 세포 내 신규 효소라고 보고되었다.
하지만, 뮬란의 구체적인 암세포 억제 기능에 대해서는 이번 연구결과를 통해서 전 세계 최초로 규명된 것이다.
특히, 뮬란은 활성화된 Akt만을 표적으로 하여 분해시키며, 분해되는 장소는 세포의 생존과 사멸에 매우 중요한 소기관인 미토콘드리아(Mitochondria)에서 뮬란과 Akt가 만나 Akt의 분해가 유발됨이 본 연구를 통해 규명되었다.

뮬란은 세포 내에 존재하는 유비퀴틴 E3 접합효소(Ubiquitin E3 ligase)이다.
뮬란에 Akt가 결합하게 되면 단백질 분해를 유도하는 신호물질인 유비퀴틴이 Akt에 계속적으로 결합하게 되어, Akt의 분해가 시작되게 된다는 결과도 얻었다.
뿐만 아니라, 아직까지 전 세계 과학자들이 못 밝힌 사실 중 하나인, Akt 단백질 어느 부분에 유비퀴틴이 결합되는지에 대해서 세계 최초로 관련 부분도 밝혀냈다.
즉, 유비퀴틴 E3 접합효소 뮬란은 Akt의 284번째 아미노산에 유비퀴틴을 연속적으로 결합시켜 Akt의 분해를 유발시키는 것이다.
Akt의 284번째 아미노산을 다른 것으로 돌연변이 시킨 결과, 뮬란에 의한 Akt의 분해가 억제되었으며, 따라서 뮬란에 의한 암세포의 성장 억제 효과도 제거됐다.
또한, 세포 내 인위적으로 뮬란의 발현을 siRNA을 이용하여 억제시킨 결과, 암세포 내 Akt 단백질 양 및 활성화가 증가되어 암세포의 성장 및 발달이 증가됨을 알아냈다.
따라서, 뮬란에 의한 암세포의 생존 및 발달 억제는 Akt를 통해서 이루어지며, 뮬란을 통한 Akt의 분해가 암세포의 억제에 매우 효과적임을 증명하였다. 

2. 학력
  ○ 1998 : 경상대학교 학사  (의학과)
  ○ 2000 : 경상대학교 석사  (의학과)
  ○ 2002 : 경상대학교 박사  (의학과)
 
3. 경력사항
○ 2002 ~ 2003 : 국립과학수사연구소 법의학부 법의학과, 공중보건의사
○ 2003 ~ 2005 : 질병관리본부 국립보건연구원 유전체연구부, 공중보건의사
○ 2005 ~ 2007 : 경상대학교 의학전문대학원 해부학교실, 전임강사
○ 2007 ~ 2011 : 경상대학교 의학전문대학원 해부학교실, 조교수
○ 2011 ~ 현재 : 경상대학교 의학전문대학원 해부학교실, 부교수
                
4. 주요연구업적
1. Jeon BT, Jeong EA, Shin HJ, Lee Y, Lee DH, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS, Roh GS. Resveratrol attenuates obesity-associated peripheral and central inflammation and improves memory deficit in high fat diet-fed mice. Diabetes. 2012 (in press).
2. Jeong EA, Jeon BT, Shin HJ, Kim N, Lee DH, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS, Roh GS. Ketogenic diet-induced peroxisome proliferator-activated receptor-γ activation decreases neuroinflammation in the mouse hippocampus after kainic acid-induced seizures. Exp Neurol. 2011 Dec;232(2):195-202.
3. Roh GS, Yi CO, Cho YJ, Jeon BT, Tsoy Nizamudtinova I, Kim HJ, Kim JH, Oh YM, Huh JW, Lee JH, Hwang YS, Lee SD, Lee JD. Anti-inflammatory effects of celecoxib in rat lungs with smoke-induced emphysema. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2010 Aug;299(2):L184-91.
4. Lee DH, Jeon BT, Jeong EA, Kim JS, Cho YW, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS, Roh GS. Altered expression of sphingosine kinase 1 and sphingosine-1-phosphate receptor 1 in mouse hippocampus after kainic acid treatment. Biochem Biophys Res Commun. 2010 Mar 12;393(3):476-80.
5. Jeon BT, Shin HJ, Kim JB, Kim YK, Lee DH, Kim KH, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS, Roh GS. Adiponectin protects hippocampal neurons against kainic acid-induced excitotoxicity. Brain Res Rev. 2009 Oct;61(2):81-8. 
6. Lee JY, Jeon BT, Shin HJ, Lee DH, Han JY, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS, Roh GS. Temporal expression of AMP-activated protein kinase activation during the kainic acid-induced hippocampal cell death. J Neural Transm. 2009 Jan;116(1):33-40. 

2. 학력
  ○ 2005 :  경상대학교 학사  (생화학)
  ○ 2009 :  경상대학교 석사 (의학과)
  ○ 2012 :  경상대학교 박사 (의학과)
 
3. 경력사항
 ○ 2012 ~ 현재 : 경상대학교 신경기능장애연구센터, Postdoctoral Associate

4. 주요연구내용
1.  Jeon BT, Jeong EA, Shin HJ, Lee Y, Lee DH, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS, Roh GS, Resveratrol Attenuates Obesity-associated Peripheral and Central Inflammation and Improves Memory Deficit in Mice Fed a High-Fat Diet. Diabetes. 2012 (IF=8.889)
2.  Jeong EA, Jeon BT, Shin HJ, Kim N, Lee DH, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS,Roh GS. Ketogenic diet-induced peroxisome proliferator-activated receptor-γ activation decreases neuroinflammation in the mouse hippocampus after kainic acid-induced seizures. Exp Neurol. 2011 Dec;232(2):195-202. (IF=4.436)
3.  Jeon BT, Shin HJ, Kim JB, Kim YK, Lee DH, Kim KH, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS, Roh GS. Adiponectin protects hippocampal neurons against kainic acid-induced excitotoxicity. Brain Res Rev. 2009 Oct;61(2):81-8. (IF=7.39)
4.  Jeon BT, Lee DH, Kim KH, Kim HJ, Kang SS, Cho GJ, Choi WS, Roh GS. Ketogenic diet attenuates kainic acid-induced hippocampal cell death by decreasing AMPK/ACC pathway activity and HSP70. Neurosci Lett. 2009 Mar 27;453(1):49-53. (IF=2.605)

● 인적사항

 ▶성명 : 박찬범 (朴燦範)
 ▶소속 : 카이스트 신소재공학과

● 학    력

▶1995 ∼ 1999    포항공과대학교 화학공학과, 박사
▶1993 ∼ 1995    포항공과대학교 화학공학과, 석사
▶1987 ∼ 1991    포항공과대학교 화학공학과, 학사

● 경    력

▶2008 ∼ 현재
▶2006 ∼ 2008
▶2002 ∼ 2006
▶1999 ∼ 2002
카이스트 신소재공학과, 부교수 (영년직)
카이스트 신소재공학과, 조교수
애리조나주립대학교, 조교수
UC Berkeley, 박사후연구원

● 주요업적 : 나노바이오소재 기반 인공광합성 기술개발
□ 자연의 광합성현상을 모방하여 태양에너지로부터 시작하여 최종적으로 메탄올 등 화학연료, 의약품 등 고부가가치 정밀화학물질을 태양에너지를 이용해 생산하는 친환경 녹색생물공정 원천기술 개발

최근 고성능 컴퓨팅을 위해 그래픽 처리 장치(GPU)를 그래픽 처리 대신 일반적인 계산을 위해 사용하는 GPGPU(General Purpose computing on GPU) 기술이 보편화되기 시작하였다.
GPU는 많은 계산을 한꺼번에 수행할 수 있어 기존의 CPU보다 계산 속도가 빠르고 계산량에 비해 전력소모가 상대적으로 적은 장점을 가지고 있다.
중국과 일본에서 각각 구축한 세계 2위와 5위의 슈퍼컴퓨터를 포함, 2011년 11월에 Top500 사이트(http://top500.org)에 의해 선정된 세계 500위권 내 슈퍼컴퓨터 중 37대가 GPGPU 기술을 사용하였으며 이는 2011년 4월에 비해 2배가량 증가한 수치이다.
슈퍼컴퓨터를 구성하는 각 노드에 다수의 GPU를 장착함으로써, GPGPU 기술이 가지는 장점인 고성능과 에너지?비용?공간 효율성을 극대화할 수 있다.
하지만 다수의 GPU를 효율적으로 사용하는 소프트웨어 기술이 없어서 기존의 슈퍼컴퓨터들은 노드 당 대개 1개 혹은 2개의 GPU만을 장착해 왔다.

본 연구팀은 다수의 GPU를 효율적으로 사용하는 소프트웨어 기술을 연구 개발하였는데, 이는 노드 내 다수의 GPU 간에, 또는 노드 간에 효율적으로 작업을 분배하여 작업량의 불균형이 발생하지 않도록 하는 기술, 노드 내 서로 다른 GPU 간, 또는 노드 간 통신을 최적화하는 기술, 실행 시의 환경에 적응하여 노드 내 계산 자원을 효율적으로 관리하는 기술 등을 포함한다.
또한 이 기술을 바탕으로 비용과 전력소모를 최소화한 슈퍼컴퓨터 시작품 SnuCore를 자체 제작하였다.
SnuCore는 16개의 노드로 이루어져 있고, Tyan의 마더보드를 장착한 각 노드는 AMD의 Opteron 12-core CPU 2개와 GPU 6개(Radeon HD6990 그래픽 카드 3장)를 가지고 있다. Mellanox의 인피니밴드(InfiniBand) QDR 네트워크 스위치가 노드 간 통신에 사용되었다.

한 노드에 다수의 GPU를 장착할 경우 열이 많이 발생하는데, 이것이 노드 내부의 온도를 증가시켜 슈퍼컴퓨터의 안정성을 떨어뜨린다.
이를 방지하기 위해 이재진 교수 연구팀은 냉각된 물을 순환시켜 GPU에서 발생한 열을 외부로 방출하는 수냉 시스템을 자체적으로 설계, 제작하였다.
이 시스템은 상용 수냉 시스템보다 훨씬 저렴하며 노드 내 GPU의 온도를 상온보다 낮은 수준(약 18℃)에서 안정적으로 유지시켜 준다.

본 연구팀이 새로 개발한 소프트웨어 기술을 OpenCL과 MPI를 사용하여 린팩 벤치마크에 적용하였으며, 이를 SnuCore에서 실행한 다음 Top500 및 Green500 사이트의 규정대로 SnuCore의 계산 속도 및 전력효율을 측정하였다.
Green500(http://green500.org)은 Top500에 들어갔던 슈퍼컴퓨터들을 대상으로 이들의 전력효율에 따른 순위를 집계하는 사이트이다.
SnuCore의 계산 속도는 15.86 TFLOPS, 전력효율은 Watt 당 871 MFLOPS로 측정되었다.
SnuCore의 각 노드는 0.991 TFLOPS의 린팩 벤치마크 성능을 가지는데, 이 성능은 2011년 11월에 발표된 Top500의 슈퍼컴퓨터들과 비교해 보았을 때 가장 높은 수준이다.
따라서 본 연구에서 개발된 기술을 사용하면 같은 수의 노드를 사용해 더 높은 성능을 낼 수 있다. SnuCore의 전력효율은 Green500에서 15위와 16위 사이에 위치하는 수준이다.
 
SnuCore를 제작하는 데는 1 TFLOPS 당 1,300만 원 정도의 비용이 소요되었다.
이는 현재 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 일본의 K Computer의 약 12분의 1, 두 번째로 빠른 슈퍼컴퓨터인 중국의 TianHe-1A의 약 3분의 1, 세 번째로 빠른 슈퍼컴퓨터인 미국의 Jaguar의 약 5분의 1 수준이다.
 
현재 Top500에서 노드 당 최고 성능은 독일의 LOEWE-CSC로, 노드 당 1개의 GPU를 사용하였고, 총 682개의 노드를 사용하여 Top500의 33위이다. 노드 당 성능은 438.9 GFLOPS 인데, 같은 팀이 보고한 4개의 노드에서 측정한 노드 당 성능은 526.3 GFLOPS이다.
따라서 노드가 4개에서 682개로 증가할 때 16.6%의 성능 감소가 있다. SnuCore의 경우 더 나쁘게 잡아서 20%의 성능 감소가 있다고 가정하더라도, 1000개 정도의 노드를 가정할 때 노드 당 성능이 792 GFLOPS 가 나오며 이는 여전히 세계 최고의 노드 당 계산속도이다.
 
본 연구의 결과가 의미하는 바는 특별히 제작된 부품이 아니라 시중에서 흔히 구할 수 있는 기성부품과 소프트웨어 기술을 이용하여 전력효율이 좋은 고성능?저비용의 대규모 슈퍼컴퓨터를 제작하는 것이 가능하다는 것이다.
본 연구팀은 이번 연구 결과를 서울대에서 개발하고 있는 OpenCL 기반의 프로그래밍 환경인 SnuCL에 적용하여 일반에게 추후 공개할 예정이다.

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.

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. 

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.

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.  

그림 1.  앱타이드는 루이신 지퍼 단백질과 비슷한 모양을 가지도록 디자인을 함. 펩타이드 골격(scaffold)의 양 말단의 결합된 두 개의 펩타이드(오렌지색, 파랑색)가 공동으로 타겟분자에 결합하는 형태로 높은 친화성으로 특이적 결합력을 가지도록 함.

앱타이드는 루이신 지퍼 단백질의 구조에서 영감을 얻어 디자인을 한 총 26개의 아미노산으로 이루어진 펩타이드이다.
이는 trpzip 이라는 beta-hairpin motif scaffold를 골격으로 이용하여 trpzip 의 N- 과 C- 말단 부분에 각각 6개의 아미노산을 무작위로 배열함으로써 타겟 바인딩 부분을 만들었고 이를 통해 항체와 대등한 수준의 높은 친화력과 특이성을 가진 펩타이드를 개발하였다.
이는 기존의 펩타이드의 단점인 안정성을 극복함과 동시에 표적결합부위의 두 개의 구조로 이루어진 가변적 펩타이드를 이용하여 시너지 효과를 일으켜 타겟에 대해 매우 높은 친화력과 특이성을 확보할 수 있었다.

예를 들어 fibronectin extra-domain B (EDB), VEGF, HSA 와 hexa-histidine tag 과 같은 여러 다른 타겟에 대해서 모두 nanomolar 범위의 친화력을 갖는 앱타이드를 발굴할 수 있었고 친화력 향상 과정을 통해 65 nM 인 EDB 특이적 앱타이드를 최대 3 nM 까지 친화력을 향상시킬 수 있었다.
중요하게, 암 바이오마커인 EDB에 특이적인 앱타이드를 이용하여 생체 내에서 암만을 선택적으로 진단할 수 있었다.
결론적으로, 이러한 앱타이드는 어떤 타겟이든 높은 친화력과 특이성을 가지는 펩타이드를 발굴할 수 있기 때문에 항암제 등의 의약품으로서의 용도뿐만 아니라 생체 내 물질의 검출, in vivo 분자 이미징, in vitro 세포 이미징, 약물전달시스템, 에스코트 분자 등에 광범위하게 응용할 수 있다.

4. 주요연구업적
1. Park S, Kim YS, Kim WB* and Jon S*. "Carbon Nanosyringe Array as a Platform for Intracellular Delivery", Nano Lett., 2009; 9(4), 1325-1329.

2. Yu MK, Jeong YY, Park JH, Park SJ, Kim JW, Min JJ, Kim KW and Jon S*. "Drug-loaded superparamagnetic iron oxide nanoparticles for combined cancer imaging and therapy in vivo", Angew. Chem. Int. Ed., 2008; 47, 5362-5365.

3. Bagalkot V, Zhang L, Levy-Nissenbaum E, Jon S*, Kantoff PW,    Langer R and Farokhzad OC*. "Quantum Dot-Aptamer Conjugates for Synchronous Cancer Imaging, Therapy and Sensing   of Drug Delivery Based on Bi-Fluorescence Resonance Energy Transfer", Nano Lett. 2007; 7, 3065-3070.

4. Kim D, Park S, Lee JH, Jeong YY* and Jon S*. "Antibiofouling Polymer-Coated Gold Nanoparticles as a Contrast Agent for in Vivo X-ray Computed Tomography Imaging", J. Am. Chem. Soc., 2007; 129, 7661-7665.

5. Lee H, Lee E, Kim DK, Jang NK, Jeong YY* and Jon S*. "Antibiofouling Polymer-Coated Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles as Potential Magnetic Resonance Contrast Agents     for In Vivo Cancer Imaging", J. Am. Chem. Soc, 2006; 128, 7383-7389.

리튬이차전지는 휴대폰, 노트북컴퓨터 등과 같은 소형전지에 널리 사용되어 왔으며, 최근에는 하이브리드 전기자동차, 에너지 저장장치 등으로 쓰이는 중대형 전지로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 중대형 전지에서 요구되는 중요한 특성은 높은 열적안전성과 장 수명특성, 높은 에너지밀도이다.
높은 열안전성과 장 수명특성을 만족시키기 위한 많은 양극 소재 중 올리빈(olivine)구조를 갖는 양극 소재가 저가격, 친환경성, 고안전성으로 각광받고 있다.
이러한 올리빈 구조의 양극 소재도 낮은 전기전도도를 갖는 단점이 있는데, 입자의 나노화, 균일한 카본코팅, 전이금속 치환의 방법으로 이를 극복하였다.
그 중 가장 많이 연구되고 발전된 소재가 LiFePO4와 LiMnPO4 조성의 소재이다.
먼저, LiFePO4의 경우 열적안전성이 우수하고 수명 특성이 뛰어난 장점이지만 평균전압대가 3.4 V로 상용화되고 있는 LiCoO2 계열의 층상계 소재 (3.7 V)에 비해 낮은 에너지 밀도를 가진다.
이에 반해, LiMnPO4의 경우 평균전압대가 4.1 V로 LiFePO4에 비해 높은 에너지 밀도를 지닌다.
하지만 이 물질은 부도체에 가까운 낮은 전기전도도와 (<10-10 S/cm) 전지 구동에 따른 Mn 금속 용해에 의해 낮은 용량과 열악한 수명특성 등이 상업화의 걸림돌이 되어왔다.
중대형 전지에서는 높은 에너지밀도를 요구하는데 그 이유는 한정적인 공간에서 더 높은 에너지를 얻을 수 있기 때문이다.
이러한 요구조건으로 인해 나노사이즈의 소재가 아닌 높은 밀도를 지닌 마이크론 사이즈의 소재의 연구가 진행되어 왔다.
하지만 높은 밀도를 갖는 마이크론 사이즈 물질은 내부에 카본코팅이 어려워 전도도가 낮아지며, 리튬이온의 확산거리 (diffusion length)가 증가하여 성능이 현저히 낮아지게 된다.
앞에서 설명한 특성을 지니며, 단점을 극복하는 소재를 개발하기 위해 이번 연구에서는 고에너지밀도를 지닌 마이크론 사이즈의 LiMn0.85Fe0.15PO4 코어에 고안전성을 지닌 LiFePO4 층을 형성하여 각각의 소재의 장점인 고에너지밀도, 고안전성을 동시에 지니게 하였다.
또한, 마이크론 사이즈 소재의 단점을 극복하기 위해 내부에 나노사이즈의 공극(pore)을 가지며, 각각의 공극 안에 균일하게 카본이 코팅된 마이크론 사이즈의 소재를 개발하였다. (그림 1. 개념도)

그림 1. 마이크론 사이즈의 LiMn0.85Fe0.15PO4 ? LiFePO4 이중구조 소재 개념도

이러한 이중구조를 지닌 올리빈 소재의 성능을 확인해 보기 위해 LiFePO4 외부층이 없는 물질과 전기화학 테스트를 비교 진행해 보았다.

그림 2.에 나타낸 것처럼 외부층이 존재함에 따라 방전용량이 증가하며, 외부층의 두께가 증가함에 따라 고온에서의 수명특성도 훨씬 향상되는 것을 볼 수 있다.
이는 LiFePO4 외부층이 전체적인 소재의 전도도도 향상시킬 뿐만 아니라 고온에서의 Mn 금속의 용해도 방지하여 수명특성을 향상시킨다는 것을 알 수 있다.

4. 주요연구업적
1. Y.-K. Sun, S.-M. Oh, H.-K. Park, B. Scrosati, "Micro-sized, nanoporous, high volumetric capacity LiMn0.85Fe0.15PO4cathodematerialforrechargeable lithium batteries", Advance Materials, 23(43), 5050-5054, 2011.
2. J. Hassoun, K.-S. Lee, Y.-K. Sun, B. Scrosati, "An Advanced Lithium Ion Battery Based on High Performance Electrode Materials", J. of Amer. Chem. Soc., 133(9), 3139-3143. 2011.
3. H.-G. Jung, S.-T. Myung, C.-S. Yoon, S. M. Son, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Microscale spherical carbon-coated Li4Ti5O12 as ultra high power anode material for lithium batteries", Energy and Environmental Science, 4(4), 1345-1351, 2011
4. S.-W. Oh, S.-T. Myung, S.-M. Oh, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Double carbon coating of LiFePO4 as high rate electrode for rechargeable lithium batteries", Advanced Materials, 22(43), 4842-4845, 2010.
5. S.-W. Oh, S.-T. Myung, S.-M. Oh, K. H. Oh, K. Amine, B. Scrosati, Y.-K. Sun, "Double carbon coating of LiFePO4 as high rate electrode for rechargeable lithium batteries", Advanced Materials, 22(43), 4842-4845, 2010.
6. Y.-K. Sun, D.-H. Kim, C.-S. Yoon, S.-T. Myung, J. Prakash, K. Amine, "A Novel Cathode Material with Concentration-Gradient for High Energy and Safe Lithium-Ion Batteries", Advanced Functional Materials, 20(3), 485-491, 2010.
7. 6. Y.-K. Sun, S.-T. Myung, B.-C. Park, J. Prakash, I. Belharouak, K. Amine, "High-energy cathode material for lng-life and safe lithium batteries", Nature Materials, 8(4), 320-324, 2009.
8. K.-S. Lee, S.-T. Myung, K. Amine, H. Yashiro, Y.-K. Sun, "Dual functioned BiOF-coated Li[Li0.1Al0.05Mn1.85]O4 fr lithium batteries", Journal of Materials Chemistry, 19(14), 1995-2005, 2009.
9. K. S. Lee, S.-T. Myung, K. Amine, Y.-K.Sun, "Structural and Electrochemical Properties of Layered Li[Ni1-2xCoxMnx]O2(x=0.1-0.3)PositiveElectrodeMaterialsforLi-IonBatteries", J. of Electrochem. Soc., 154(10), A971-A977, 2007.
10. Y.-K. Sun, S.-T. Myung, M.-H. Kim, J. Prakash, K. Amine, "Synthesis and characterization of Li[(Ni0.8Co0.1Mn0.1)0.8(Ni0.5Mn0.5)0.2]O2 with the microscale core-shell structure as the positive electrode material for lithium batteries", Journal of the American Chemical Society, 127(38), 13411-13418, 2005.
외 272편

본 연구는 딱정벌레 날개 잠금장치를 분석하여 결합체의 구조물의 멀티스케일 (마이크로 및 나노) 분석을 통한 초강도 전단 접착력(Shear adhesion force)의 방향성을 가지며, 탈착 방법(Peeling-off)에 따라 비교적 손쉬운 탈착성을 지닌 가역적 잠금장치 개발에 관한 연구이다.
그림 1은 자연계에 존재하는 딱정벌레 잠금장치에 관한 분석 및 모식도를 나타낸다.

그림 1. 딱정벌레 날개 잠금장치. (a-c) 딱정벌레 날개 잠금장치 미세 섬모(d) 가역적 딱정벌레 날개 잠금장치 모식도

일반적으로 단추, 기존의 벨크로(Velcro)와 지퍼 같은 커넥터는 서로 결합되기 위해서 기계적 상호작용이나 짝끼리의 접합을 이용한다.
하지만, 신개념의 나노구조 잠금장치는 나노크기 치수를 최소화함에 따라 분자 간 반데르발스 상호작용(van der Waals interaction)이 급격하게 증폭되는 현상을 이용한다.
또한, 모세관력 리소그래피(Capillary force lithography)를 응용한 간단한 제조 공정으로 동일한 짝으로 간단한 접착이 가능하다.
(그림 2) 이것은 기존의 커넥터 기술과 대조적이고 다양한 곳에 더 쉽게 활용이 가능하며, 재료가 갖는 적정한 탄성계수(Young's modulus) 때문에 나노 구조들은 쉽게 붕괴되지 않는다.
 

그림 2. 가역적 신개념 나노구조 잠금장치의 제조와 탈부착

그림 3. 미세 섬모의 체결 메커니즘 및 결합 기준

그림 4. 멀티스케일 미세 섬모의 결합 기준

4. 주요연구업적
1. M. K. Kwak, H.-E. Jeong, K.-Y. Suh, "Dry Adhesive Medical Skin Patch: Rational Design and Enhanced Biocompatibility," Adv. Mater. vol. 23, no 34, pp. 3949, 2011.
2. H. Yoon, S.-G. Oh, D. S. Kang, J. M. Park, S. J. Choi, K. Y. Suh, K. Char, H. H. Lee, "Arrays of Lucius microprisms for directional allocation of light and autostereoscopic three-dimensional displays," Nat. Commun. vol. 2, pp. 455, 2011.
3. P. Kim, S. J. Kim, J. Han, and K. Y. Suh, "Stabilization of Ion Concentration Polarization Using a Heterogeneous Nanoporous Junction," Nano Lett. vol. 10, pp. 16, 2010.
4. K.-J. Jang and K. Y. Suh, "A multi-layer microfluidic device for efficient culture and analysis of renal tubular cells," Lab Chip. vol. 10, pp. 36, 2010.
5. K. Y. Suh, M. C. Park, and P. Kim, "Capillary force lithography: a versatile tool for structured biomaterials interface towards cell and tissue engineering," Adv. Funct. Mater. vol. 19, pp. 2699, 2009.
6. T. I. Kim, H. E. Jeong, K. Y. Suh, and H. H. Lee, "Stooped nanohairs: geometry-controllable, unidirectional, reversible, and robust gecko-like dry adhesive," Adv. Mater. vol. 21, pp. 2276, 2009.
7. H. E. Jeong, J. K. Lee, H. N. Kim, S. H. Moon, and K. Y. Suh, "A nontransferring dry adhesive with hierarchical polymer nanohairs," Proc. Natl. Acad. Sci. vol. 106, pp. 5639, 2009.

FXR Protects Hepatocytes form Injury by Repressing miR-199a-3p, which Increases Levels of LKB1
(핵수용체인 FXR의 활성화는 miR-199a-3p을 억제하여 LKB1의 생성을 올리고 간경변증에서 세포 손상을 막는다.)

간 섬유화 또는 경화는 바이러스 감염, 술, 약물 등 다양한 원인에 의해 간손상과 재생이 반복되면서 생기는 반흔조직 (상처가 아물 때 생기는 흉터)이 간에 축적되는 현상이다.
간세포의 손상과 사멸은 간섬유화를 촉진하는 세포인 간성상세포를 활성화시키고 섬유소를 비정상적으로 축적시킨다.
최근 간성상세포를 표적으로 하는 약물개발이 진행되고 있으나, 간성상세포는 전체 간의 일부분만을 차지하며 간 실질세포에서 예측하지 못한 부작용이 발생하여 개발에 난항을 겪고 있다.
반복되는 세포 사멸은 염증인자 및 성장인자를 유리하여 간섬유화를 촉진한다.
따라서 간세포의 손상 억제는 섬유화증을 예방하고 치료하는 전략이 될 수 있다.

Farnesoid X Receptor (FXR)은 소화기계와 신장에서 주로 발현되며 담즙산, 지질 및 당대사를 조절하여 우리 몸의 항상성 유지에 관여하는 핵수용체다.
1차 담즙산인 chenodeoxycholic acid 또는 리간드를 처치할 때 FXR이 활성화되며, 그 효과로는 염증 억제, 간세포 재생 촉진을 들 수 있다.
마이크로RNA는 mRNA의 3'-비번역부위 (untranslated region)에 결합하여 전사 후 유전자 조절에 관여한다.
최근 여러 질병에서 마이크로RNA의 발현이 바뀌는 것이 보고되고 있으며, 대사성 간질환 및 간암에서도 마이크로RNA의 연구가 진행되고 있다.

본 연구에서는 간염 환자의 간에서 섬유화가 진행되면서 특정 마이크로RNA가 올라가는 현상을 관찰하였으며 FXR 핵수용체의 발현감소와 연관되는 것을 찾아냈다.
발현이 바뀌는 마이크로RNA 중 특히 miR-199a-3p에 주목하여 이 마이크로RNA가 간세포의 항산화와 항암 활성에 관여하는 단백질인 LKB1을 억제한다는 것을 밝혔다.

특정 마이크로RNA가 LKB1 단백질 생성을 조절하며, 그 마이크로RNA가 비정상적으로 높아질수록 환자의 LKB1 양이 현저히 줄어듦을 볼 수 있다.

다양한 세포 및 동물을 활용한 간손상 모델에서 FXR 활성이 낮아지고, 이때 특정 마이크로RNA가 증가하고 LKB1이 억제되며 간세포가 손상된다. 이 핵수용체를 약물로 자극하면 이러한 현상이 개선된다.

세포와 동물을 이용하여 FXR이 miR-199a-3p의 발현을 억제한다는 것을 알아냈으며, 약물에 의한 FXR 활성화가 마이크로RNA를 억제하여 LKB1을 올릴 수 있음을 다양한 연구 모델에서 검증하였다.
본 연구 결과는 간섬유화와 함께 생기는 간세포 손상에서 마이크로RNA을 조절함으로써 간세포의 기능과 항산화능을 개선하고, 이러한 것이 FXR 핵수용체를 자극함으로써 가능하다는 것을 보여준다.
간손상 시 비정상적으로 증가하는 마이크로RNA의 발현이 세포 항산화능에 핵심적 역할을 하며, FXR은 해당 마이크로RNA를 억제하여 항산화능을 올리는 핵수용체임을 보여준다.
이와 같은 일련의 신호전달 기작의 발견은 다양한 원인에 의해 발생하는 간손상을 효과적으로 치료할 수 있는 기술의 구축과 신약 후보물질 도출에 활용될 것으로 평가한다.

1. 인적사항

 ○ 소 속 : 서울대학교 약학대학                 

 ○ 전 화 : 02-880-7840

 ○ e-mail : sgk@snu.ac.kr

2. 학력

3. 경력사항 

4. 전문 분야 정보

5. 수상 경력

Synergistic toughening of composite fibres by self-alignment of reduced graphene oxide and carbon nanotubes M. K. Shin et al. (Nature Communications - 2012. 2. 1. 출판)

 강하고 가벼운 고분자 섬유는 자동차 복합소재뿐만 아니라 방탄조끼에 응용될 수 있기 때문에 섬유 개발 관련 연구가 지속적으로 수행되고 있다.
고분자 섬유에 탄소나노튜브를 첨가하여 고강도 나노복합소재를 만드는 것은 최근 주요 연구의 흐름이다.
또한, 탄소나노튜브 기반 복합소재는 일반적으로 전기적 특성이 향상되기 때문에 에너지 저장 소재, 센서, 구동기 등에 다양하게 응용될 수 있다.
따라서 복합소재의 응용 범위와 가치를 높이기 위해서는 재료가 외부 힘에 의해 파단할 때까지 흡수할 수 있는 최대 에너지, 즉 재료의 인성(toughness, 질긴 특성)을 향상시키는 것이 주요 해결 과제이다.
일반적으로 재료의 인성과 기계적 강도는 섬유 내부의 마이크로구조에 의해 영향을 크게 받는다.
따라서, 열처리 또는 기계적 후처리 등을 통해 마이크로구조를 적절히 디자인 하는 것은 재료 연구에 있어 매우 중요하다. 이러한 관점에서 매우 강하면서 질긴 탄소나노튜브/고분자 복합섬유 제조가 시도되었다.
특히, 복합섬유의 인성 및 기계적 강도 향상을 위해 탄소나노튜브와 고분자를 섬유의 축 방향으로 배열시키는 다양한 방법이 고안되었으나 탄소나노튜브가 서로 엉켜 풀기 힘든 성질 및 복잡한 섬유 제조 과정과 경제성 문제 때문에 최적의 복합섬유를 얻는데 많은 어려움이 있다.

본 연구팀은 기존 탄소나노튜브 기반의 복합섬유 제조 방법의 문제점을 해결하기 위해서 그래핀 기반의 복합섬유를 개발하였다.
구체적으로 그래핀과 단일벽탄소나노튜브를 물에 분산시켜 만든 용액을 고분자 용액 내에서 섬유 형태를 갖도록 방사하여 그래핀/탄소나노튜브/고분자로 구성된 나노복합섬유를 제조하였다.
제조 과정에서 그래핀과 탄소나노튜브의 강한 상호작용에 의해 결합된 그래핀/탄소나노튜브 나노구조가 스스로 배열하는 현상은 섬유 제조 후 별도의 후처리를 하지 않아도 섬유의 기계적 강도를 크게 증가시킬 수 있다.
특히, 그래핀과 탄소나노튜브가 1:1의 비율로 결합되었을 때 시너지 효과가 극대화 되어 가장 물성이 좋은 탄소 기반 복합섬유가 제조될 수 있음을 증명하였다.
그래핀/탄소나노튜브 복합체 섬유는 후처리를 하지 않고 단일벽탄소나노튜브 또는 그래핀만 사용하여 제조한 섬유에 비해 기계적 특성이 10배 이상 증가되었고, 자연계에 존재하는 강하고 유연한 거미줄 보다 인성이 6배 이상 증가하였다.
이번 그래핀/탄소나노튜브 복합소재는 기존 탄소 기반 섬유와 달리 강하면서 유연성이 매우 뛰어나 고무 밴드 및 옷감 등에서 바느질이 가능하기 때문에 휴대용 전자, 복합소재 산업에 크게 기여할 수 있다.
또한, 간단한 열처리를 통해 스프링 형태로 만들 수 있으며 이는 기존 탄소나노튜브 스프링에 비해 전단 계수(shear modulus)가 60배 이상 높아 마이크로크기의 직경을 갖는 고강도 스프링으로 사용될 수 있다.
나노복합체 신소재는 그래핀과 탄소나노튜브에 의한 우수한 전기전도성과 표면적 효과로 인해 에너지 저장 및 인공근육 소재로서 응용될 수 있다.

<김선정 교수>

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 한양대학교 생체공학과      
  
2. 학력
   1994, 한양대학교 공업화학과 박사
 
3. 경력사항
   2006-현재, 생체인공근육 창의연구단장
   2005-현재, 한양대학교 공과대학 교수

4. 전문 분야 정보
- 교육과학기술부?한국연구재단 창의리더연구사업 연구책임자 (2006 - 현재)
- 생체인공근육 분야, 국제학술지(SCI) 141, 특허등록 12

5. 수상 경력
- 2010, 기초우수성과(교육과학기술부)
  - 2009, 최우수 교수상(한양대학교)
  - 2007, 국가연구개발 우수성과 100선(교육과학기술부)
  - 2007, 대표적 우수성과 50선(한국연구재단)
  - 2006, 대표적 우수성과 50선(한국연구재단)