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LIN28 단백질은 줄기세포 치료의 핵심 기술인 유도만능줄기세포(iPS Cell) 생산에 사용되는 것으로 잘 알려져 있습니다.

유도만능줄기세포는 배아줄기세포와 비슷한 수준의 분화능력을 지니고 있으면서도 수정란이나 난자를 사용하지 않아 윤리문제에서 비교적 자유로워 '꿈의 기술'로도 불립니다.

또 LIN28에 이상이 생기면 당 대사와 사춘기 시기 조절 및 간암과 난소암 등에도 영향을 미치게 됩니다.

때문에 LIN28이 다른 유전자의 발현을 조절하는 원리를 완벽하게 알아낸다면, 줄기세포의 이해와 관련 질병 연구, 치료에 새로운 돌파구를 마련하는 셈입니다.

국내 연구진이 줄기세포에서 에너지를 분배하고 세포 간의 의사소통의 양과 속도를 조절하는 원리를 처음으로 규명했습니다.

이는 마이크로RNA를 조절하여 줄기세포의 성질을 간접적으로 유지하는 것으로 알려진 단백질(LIN28)의 기존 기능과는 전혀 다른 새로운 기능을 규명한 성과입니다.

■ 서울대 김빛내리 교수팀은 기존에 알려진 LIN28이 마이크로 RNA를 조절하여 줄기세포의 성질을 간접적으로 유지하는 기능 이외에도 추가적인 기능에 대한 단서를 확인했습니다.

연구팀은 살아있는 줄기세포에 강한 자외선을 쬐어서 단백질과 RNA를 엉겨 붙게 한 다음, 이 RNA에 담긴 정보를 차세대서열분석기로 분석, 총 58기가베이스를 읽어 LIN28이 붙어 조절하는 RNA 전체를 일괄적으로 조사했습니다.

58기가베이스는 A4용지에 인쇄해서 쌓으면 2028m로, 이는 한라산보다도 높은 막대한 분량입니다.

이 같은 방법은 클립시크(CLIP-seq)라고 부르는데, RNA를 조절하는 단백질에 대한 대단위 연구에서 각광받고 있는 기술로, 세계적으로 10여 개 연구실에서만 성공한 신기술입니다.

이 기술은 전통적인 RNA결합 단백질 연구에 비해 세포에 있는 모든 LIN28 단백질 주변의 RNA를 한꺼번에 사진을 찍듯 볼 수 있어 상호작용 전체 지도를 그릴 수 있습니다.

이 실험에서 김 교수팀은 LIN28이 조면소포체에서 일어나는 단백질 생산 전체를 조절한다는 실마리를 얻었습니다.

이후 세포 전체 단백질의 생산 속도를 관찰할 수 있는 리보솜 흔적 조사법을 활용해 LIN28이 실제로 조면소포체에서 생산하는 단백질 모두를 억제한다는 사실을 밝혀냈습니다.

리보솜 흔적 조사법(ribosome footprinting)은 세포 내 전체 mRNA(전령RNA)에 결합된 리보솜의 위치를 분석하여 단백질의 합성속도를 추측하는 방법입니다.

조면소포체는 세포 안에서 막으로 싸인 소기관으로, 사람의 단백질 3만 5000종 중 약 7000종이 여기서 생산됩니다.

이렇게 생산된 단백질들은 △세포와 세포의 연결 △각종 물질의 분비와 수송 △세포 사이의 신호 전달 △면역 반응 등에서 핵심적인 역할을 합니다.

자외선을 이용한 RNA결합 단백질 연구 (CLIP-seq 기술)

RNA결합 단백질을 연구할 때 어떤 RNA에 결합하는가는 가장 중요하고 기초적인 정보다. CLIP-seq에서는 가장 먼저 자외선을 이용하여 살아있는 세포 안에서 단백질과 대상RNA를 엉겨 붙게 (공유결합을 형성하게) 한다. 그 다음, 세포 내용물을 꺼내서 RNA를 잘게 쪼개고 연구하고 싶은 단백질 (LIN28)을 항체를 이용하여 정제한다. 이 과정을 거치면 단백질이 결합하고 있는 작은 RNA조각이 남게 되고, 그 다음 이 RNA조각을 서열분석기로 읽어낸다. 이 서열의 형태와 유전자 유래, 기능적인 특성을 통계적으로 분석하여 차후 RNA결합 단백질 연구의 실마리를 잡게 된다.


연구팀은 LIN28이 배아의 초기 발달 과정에서 세포 전체의 균형을 조절한다는 사실도 규명하였습니다.

세포가 단백질을 생산하려면 상당량의 에너지가 필요합니다.

연구팀은 LIN28이 조면소포체 단백질의 생산을 줄여, 이 에너지를 세포의 양적 성장에 집중시키고, 세포 간의 의사소통도 줄여서 성체 세포로 발달하는 시기를 충분히 늦추는 역할을 할 수 있을 것으로 보고 있습니다.

또 연구팀은 암세포 전이에서 중요한 역할을 하는 단백질의 상당수가 조면소포체에서 생산되므로, LIN28이 조면소포체 전체 단백질을 조절하여 암 전이에도 일조할 수 있을 것으로 예측하고 있습니다.

이는 줄기세포의 정상적인 발달과 당(糖) 대사 및 사춘기 시기 조절 등에 관여하는 LIN28 단백질의 알려지지 않은 직접적인 조절 원리를 밝혀냄으로써, 향후 줄기세포의 유도와 관련 질병의 치료 기술 개발에 새로운 실마리를 제공하는 것입니다.

또한 간암, 난소암 등 여러 종류의 암 발생과 전이에서도 자주 발견되는 LIN28 단백질의 이상 조절에 대처할 수 있는 새로운 치료법 개발에도 가능성을 열고 있습니다.

이번 연구는 서울대 김빛내리 교수 주도로 조준, 장혜식 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했고,  연구결과는 세계 최고 권위의 생명과학 전문지인 'Cell'지 온라인 속보(10월 25일자)에 발표되었습니다.
(논문명: LIN28A is a Suppressor of ER-associated translation in embryonic stem cells) 

<연 구 개 요>

LIN28A is a suppressor of ER-associated translation in embryonic stem cells
Jun Cho, Hyeshik Chang, S. Chul Kwon, Baekgyu Kim, Yoosik Kim, Junho Choe, Minju Ha, Yoon Ki Kim, and Narry Kim
(Cell, Vol 151, Issue 4) 
LIN28은 발생 과정, 당 대사와 발암 과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 분자기작 수준에서 LIN28은 let-7 마이크로RNA의 신생성을 억제하고, 특정 mRNA 몇 종류의 번역을 증진하는 기능이 밝혀졌다.

이 연구에서는 LIN28의 두 paralog 중 하나인 LIN28A가 생쥐 배아 줄기세포에서 어떤 RNA를 대상으로 작용하는지 알기 위해 CLIP-seq (crosslinking immunoprecipitation-sequencing)과 리보솜 흔적 조사법 (ribosome footprinting)을 수행했다.


우리는 이 연구에서 let-7의 전구체뿐만 아니라 온전히 절단된 mRNA에도 대량으로 붙는 것을 발견했다. LIN28A는 AAGNNG, AAGNG와 비교적 적은 빈도로 UGUG를 인식하는 것으로 밝혀졌는데, 이 모티프 서열은 주로 작은 머리핀 구조의 끝 루프에 위치하였다.
또한, LIN28A이 특징적으로 조면소포체에서 번역되는 단백질에 많이 결합하여 번역을 저해하는 현상이 관찰되었는데, 여러 조사 결과 LIN28A가 예상 밖으로 조면소포체 주변에 다량 분포하고 있고, 신호인식물질(SRP)에 의해 조면소포체로 이동하여 번역되는 단백질이 아니면 LIN28A에 의해 인식되지 않는다는 사실이 밝혀졌다.

우리의 연구 결과, LIN28A는 조면소포체에서의 번역에 특이적인 번역 조절을 하고 있으며, 배아 줄기세포에서 단백질 배출 경로를 전체적인 수준에서 조절하는 의외의 기능을 갖고 있다는 사실이 제시되었다.


 
용   어   설   명

LIN28 단백질
미국 톰슨(Thomson)팀에서 성체 세포에서 줄기세포를 유도할 때 사용한 4가지 유전자 중의 하나에서 만들어지는 단백질로, 줄기세포의 특성 유지에 중요한 것으로 알려져 있다. 2009년과 2010년에 김빛내리 교수 연구팀에서 LIN28가 마이크로RNA를 조절하여 세포 발달 단계를 조절한다는 것을 밝혀냈으며, 줄기세포와 발달 초기 세포들과 아주 소수의 성체 세포에 존재한다. 한편, 암으로 발달된 세포에서 과발현되는 경우가 흔해서, 암세포가 되는 과정에서 암세포의 성장을 유도하는 요인 중 하나로 받아들여지고 있다.   

마이크로RNA (microRNA 혹은 miRNA)
마이크로RNA는 21~23 뉴클레오티드 정도 길이의 아주 작은 단일가닥 RNA이다. DNA에서 RNA로 전사된 이후 여러 단계의 프로세싱 과정을 거쳐 완성되며, 단백질로 번역되지 않고 RNA상태로 세포 내에 존재한다. 마이크로RNA는 주로 다른 유전자들의 발현을 조절하는 기능을 하는데, 자신의 염기 서열과 상보적인 메신저RNA(mRNA)에 결합하여 그 메신저RNA가 단백질로 만들어지는 과정을 억제한다. 인간에는 수백종류 이상의 마이크로RNA가 존재하며 각각이 발생, 성장, 노화, 사멸 등의 생명 현상에 관여한다. 

차세대서열분석기 (Next Generation Sequencer)
DNA 서열을 대량으로 분석할 수 있도록 개발된 분석기계. RNA도 분석할 수 있어서, 기존에 불가능했던 대단위 RNA 연구에서 최근 필수적으로 사용되고 있다.

기가베이스 (gigabase)
서열분석기에서 해독한 염기서열(4가지 알파벳으로 이루어진 문장)의 양을 나타내는 단위. 1기가베이스는 10억 글자에 해당하며, 대략 책 5천 권 정도의 정보에 해당한다. 인간 유전체 전체 길이는 3.13 기가베이스 정도다.  

조면소포체 (rough endoplasmic reticulum)
단백질 중 세포막이나 세포 밖, 세포소기관의 막, 핵막 등에 수송될 단백질들을 합성하는 세포내 소기관. 전체 단백질 중 대략 15~20% 정도가 조면소포체에서 합성되어 수송된다. 특히, 막 단백질과 세포 밖으로 수송되는 단백질을 합성하기 때문에, 세포 간 신호전달과 외부 환경 인식, 면역 반응에서 매우 중요한 역할을 담당한다.

리보솜 흔적 조사법 (ribosome footprinting)
세포내 전체 mRNA(전령RNA)에 결합된 리보솜 위치를 분석해서 모든 단백질의 합성 속도를 추측할 수 있는 방법으로, 차세대서열분석기를 활용한 최신 기법이다.

Cell지
생물학 전 분야에서 최고 권위를 인정받는 저널로 피인용지수(Impact Factor)는 32.403로 Science지(31.201)보다 높은 편이다.

 

<김빛내리 교수>

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 서울대학교 생명과학부

2. 학력
 ○ 1988 - 1992    서울대학교 학사
 ○ 1992 - 1994    서울대학교 석사
 ○ 1994 - 1998    英 Oxford University 박사
 
3. 경력사항
 ○ 1999 - 2001  美 University of Pennsylvania Postdoctoral Fellow
 ○ 2001 - 2004 서울대학교 연구조교수
 ○ 2004 - 2008   서울대학교 생명과학부 조교수
 ○ 2008 - 현재     서울대학교 생명과학부 부교수
 ○ 2007 - 2011  교과부?연구재단 지정 창의연구단장 (MicroRNA 연구단)
 ○ 2010 - 2012 교과부?연구재단 지정 국가과학자
 ○ 2012-  현재     기초과학연구원 (IBS) RNA 연구단 단장
 
4. 전문 분야 정보
 ○ 호암상 (2009)
 ○ L'Oreal-UNESCO 세계여성생명과학자상 (2008)
 ○ 올해의 여성과학자상 (2007)
 ○ 젊은과학자상 (2007)

<조준 박사과정생> 

1. 인적사항

 ○ 소속: 서울대학교 생명과학부
 
2. 학력
 ○ 2003. 03 - 2007. 02 서울대학교 생명과학부 학사 졸업
 ○ 2008. 09 - 현재 서울대학교 생명과학부 박사과정 재학 (수료)

<장혜식 박사과정생>
                                         

1. 인적사항

 ○ 소속 : 서울대학교 생명과학부                

2. 학력
 ○ 1998. 03 - 2007. 02 연세대학교 기계전자공학부 졸업 (정보산업공학전공)
 ○ 2007. 03 - 2009. 02 KAIST 바이오및뇌공학과 석사과정 졸업
 ○ 2009. 09 - 현재  서울대학교 생명과학부 박사과정 재학

3. 경력사항
 ○ 2001 - 2005  리눅스코리아(주) 솔루션개발팀 사원
 ○ 2001 - 2010 공개운영체제 FreeBSD 개발팀
 ○ 2002 - 현재   공개프로그래밍언어 Python (파이썬) 개발팀
 ○ 2004 - 현재   Python Software Foundation 지명회원
 
4. 전문 분야 정보
 ○ 소프트웨어산업발전유공자 정보통신부장관상 (2008)


 

posted by 글쓴이 과학이야기

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산호는 산호초를 만들어 해안을 보호하고, 신약물질을 제공하며, 막대한 관광산업 수입을 올리게 하는 매우 중요한 해양생물입니다.

세계적으로 약 5억 명이 산호와 관련된 산업에 종사하고 있으며, 연간 생산액도 약 400조 원에 달합니다.

그런데 산호는 해수 온도가 29~30℃를 넘으면 몸 안에 있던 심바이오디니움을 방출하게 되고, 자신의 몸을 고정하던 석회질만 남게 되어 산호초가 하얗게 변하는 백화현상(coral bleaching)이 일어납니다.

지구 온난화의 영향으로 지난 수십 년 간 20%의 산호초가 백화현상으로 없어졌습니다.

서울대 정해진 교수와 포항공대 이기택 교수, 군산대 이원호 교수, 충남대 신응기 교수, 서울대 유영두 박사(공동교신저자) 등 공동 연구팀이 산호의 공생 미세조류인 '심바이오디니움(Symbiodinium)'이 당초 알려진 식물의 성질 뿐만 아니라 동물의 성질을 동시에 가지고 있음을 세계 최초로 규명했습니다.

연구팀은 심바이오디니움(Symbiodinium)이 빈영양화 상태에서 세균이나 다른 미세조류를 포식하면서 대량번식 할 수 있음을 입증, 광합성에 불리한 빈영양화 해역에서 '식물인 심바이오디니움이 대량으로 존재하며 산호초를 건강하게 유지하게 하는' 역설(paradox)에 대한 해답을 찾아냈습니다.

산호를 떠난 공생미세조류가 세균이나 다른 미세조류들을 포식하면서 번식하며, 산호유생이나 다른 산호에 들어가 건강한 산호를 유지할 수 있게 한다는 모식도


이번 발견으로 산호초에 서식하는 심바이오디니움에게 최적 먹이를 공급하여 번식을 유도할 수 있게 됨에 따라 온난화로 파괴되는 산호초 복원에도 큰 기여를 할 전망입니다.

산호에 공생하는 공생미세조류인 심바이오디니움이 먹이의 일부를 섭식관을 사용하여 포식하는 장면

이번 연구는 산호의 생태 연구 중 가장 어려운 난제를 풀게 된 것으로, 우리나라가 산호 연구의 선도국으로 발돋움 하는데 큰 기여할 전망입니다.

또 심바이오디니움은 산호 뿐만 아니라 말미잘, 해파리, 조개, 해면, 원생동물 등 광범위한 해양생물들과 공생을 하기 때문에 해양저서생태계 연구에 새로운 개념을 제시할 것도으로 보입니다.

연구결과는 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences USA) 온라인 7월 18일자에 게재되었습니다.
(논문명 : Heterotrophic feeding as a newly identified survival strategy of the dinoflagellate Symbiodinium)

 

<연 구 개 요>

산호들은 산호초를 만들어 해안을 보호하고, 주거지를 만들며, 풍부한 해산물을 공급하고, 신약물질을 제공하며, 막대한 관광산업 수입을 올리게 하는 매우 중요한 해양생물이다.
이로 인하여 전 세계적으로 약 5억 명이 산호 관련 산업에 종사하고 있으며, 연간 생산액이 약 400조에 이르는 것으로 알려져 있다.
또한 그동안 산호에 관한 국제학술지 논문이 70만 편 이상 출판될 정도로 가장 많은 주목을 받아 온 해양생물 중 하나이다.

산호는 자신의 몸 안에서 서식하는 공생미세조류인 심바이오디니움(Symbiodinium)으로부터 자신이 필요한 에너지의 80-90%를 얻는다.
산호는 주로 빈영양화 해역에서 사는데, 영양염 농도가 높아질 경우 대형해조류들이 대량 번식하여 산호를 죽이기 때문이다.
이 심바이오디니움은 산호 안에 있다가 밖으로 나가 돌아다니기도 하는데,  이러한 빈영양 환경은 심바이오디니움이 광합성을 하는데 매우 불리한 조건이다.
그 동안 과학자들은 '식물인 심바이오디니움이 광합성에 불리한 환경에서 대량으로 존재하며 산호초를 건강하게 유지하게 하는' 역설(paradox)을 풀기위하여 많은 노력을 해왔다.

본 연구팀은 심바이오디니움이 빈영양화 상태에서 세균이나 다른 미세조류를 포식하면서 대량번식 할 수 있음을 밝혀, 산호의 생태생리 연구 중 가장 어려운 난제를 풀게 되었으며, 앞으로 백화현상으로 파괴된 산호초를 복원하는데 큰 기여를 할 것으로 판단된다.


 
 용  어  설  명

빈영양화 (oligotrophic)
부영양화의 반대로 식물 성장의 필수요소인 질소, 인 등 영양염류가 매우 적은 현상을 말한다.

산호의 백화현상(Coral bleaching)
급격한 수온 변화로 인하여 산호초가 하얗게 변하는 현상을 말한다. 산호의 아름다운 색깔은 원래 몸 안에 살고 있는 공생미세조류인 심바이오디니움(Symbiodinium)의 색깔이다. 수온이 급격하게 상승하면 산호가 심바이오디니움을 방출하게 되고, 아름다운 색깔을 잃게 되다. 결국 자신의 몸을 지탱하기 위하여 분비했던 석회질 색깔만 하얗게 남는다.

산호초 (Coral reef) 
산호는 석회질을 분비하여 자신의 몸을 고정시킨다. 수많은 산호들이 석회질을 분비하고, 이들이 오랜 세월동안 쌓이면 육지도 만들 수 있는데, 산호군락이 만든 거대한  지형을 산호초라고 한다.

심바이오디니움 (Symbiodinium)
심바이오디니움은 와편모류(Dinoflagellate)에 속하는 단세포 생물로, 산호뿐만 아니라 말미잘, 해파리, 조개, 해면, 원생동물 등 다양한 해양동물들 몸 속에 들어가 공생을 하는데, 이들 동물들이 필요한 에너지의 많은 부분을 공급해주는 매우 중요한 생물이다. 심바이오디니움은 해양동물들의 몸 밖으로 나와 수영하며 지내다가 어린 유생들 안으로 들어가 새로운 공생을 시작하기도 한다. 

 

<정해진 교수>

1. 인적사항

  ○ 소 속 : 서울대학교 지구환경과학부(해양학)

2. 학력
  ○ 1982.03-1986.02 :  서울대학교 해양학과 이학사
  ○ 1986.03-1988.02 :  서울대학교 해양학과 이학석사
  ○ 1990.03-1995.02:  미국 캘리포니아 샌디에이고대학교 (University of California, San Diego) 해양학 이학박사

3. 경력사항
  ○ 1995년02월~1995년08월 : 미국 스크립스 해양연구소 박사후연구원
  ○ 1995년09월~2003년08월:  군산대학교 해양학과 전임강사/조교수/부교수
  ○ 2003년09월~현재 : 서울대학교 지구환경과부 부교수/교수
  ○ 2006년06월~2009년07월 : 융합기술원 환경에너지자원연구소 소장
  ○ 2008년06월~현재 : Harmful Algae (Elsevier), Editor
  ○ 2010년06월 ~ 현재 : 교과부-연구재단 해양극지 (해양바이오 기초원천 기술개발사업-해양공생생물 유전체 연구단) 세부연구책임자

4. 주요연구업적
  ○ 2012 교육과학기술부 장관표창
  ○ 2011 2011년도 기초연구사업 우수평가자 100인 선정
  ○ 2011 한국해양과학기술진흥원 공로상
  ○ 2002 제12회 과학기술우수논문상

5. 출판
  ○ SCI급 국제전문학술지 논문 64편 게재
  ○ 국내특허등록 6건, 해외특허출원 2건

 

posted by 글쓴이 과학이야기

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분자전자소자(molecular electronics)는 분자 크기가 수 나노미터 미만으로 매우 작고 자기조립공정이 가능하여, 고집적이면서도 저렴한 전자소자를 만들 수 있어 세계적으로 활발히 연구되고 있습니다.

그러나 지금까지 알려진 분자전자소자는 대부분 실리콘 등 딱딱한 기판 위에서 만들기 때문에 자유자재로 휘어질 수  없었습니다.

반면 기존의 휘어지는 유기전자소자(organic electronics)는 두께가 수 마이크로로 상대적으로 두꺼운 것이 단점이었습니다.

서울대 이탁희 교수팀이 자기조립단분자막을 이용해 극심하게 휘어져도 기능과 성능이 모두 안정한 초박막 분자전자소자를 제작했습니다.

이번 연구는 나노크기의 매우 얇은 단일 분자를 이용해 자유자재로 휘어질 수 있는 유연한 분자전자소자를 개발할 수 있는 가능성을 제시한 것입니다.

이에 따라 향후 휴대용 기기 뿐만 아니라 다양한 전자소자에서 매우 가볍고 쉽게 휘어질 수 있는 초소형 전자소자가 개발될 전망입니다.

연구팀은 박막 두께가 1~2나노미터인 자기조립단분자막을 휘어지는 플라스틱 기판 위에 전자소자로 제작하는데 성공했습니다.

특히 이 교수팀의 나노 크기의 휘어지는 유기전자소자는 반복적인 휨 현상이나 다양하게 휘어진 환경에서도 전기적 전도 특성이 안정적으로 제어됐습니다.

또 점차적으로 휘거나, 매우 심하게 혹은 다양한 형상의 휨 환경에서도 안정적이고, 1000회 이상의 반복적인 휨 테스트에서도 고유의 상태를 유지했습니다.

이탁희 교수는 지난 2009년에도 단일 분자 한 개가 트랜지스터 소자로 작동될 수 있음을 세계 최고 권위지 '네이처'에 발표하였는데, 이번 연구는 이러한 분자소자가 플렉시블한 환경에서도 정상적으로 구동될 수 있음을 검증한 연구결과입니다.

이번 연구는 이탁희 교수가 주도하고, 박성준 박사과정생(광주과기원), 왕건욱 연구원, 윤명한 교수(광주과기원) 등이 참여했습니다.

연구결과는 'Nature Nanotechnology ' 7월 4일자에 게재되었습니다.
(논문명 : Flexible molecular-scale electronic devices)

<연 구 개 요>

Flexible molecular-scale electronic devices
Sungjun Park, Gunuk Wang, Byungjin Cho, Yonghun Kim, Sunghoon Song, Yongsung Ji, Myung-Han Yoon, and Takhee Lee
(Nature Nanotechnology, 2012. 7. 4. 출판)

1. 배경

분자전자소자(molecular electronics) 분야는, 단일 분자를 이용하거나, 소자의 중심 역할을 하는 활성층이 단 분자 단위로 만들어진 분자박막을 이용한 전자소자에 대한 연구 분야이다.
분자전자소자가 폴리머(polymer) 물질을 기본으로 하는 유기전자소자(organic electronics)와의 차별 점은 분자전자소자의 경우는 단일 분자 단위를 갖는 방향으로 전기장이 가해지므로 분자 내의 분자 궤도에 영향을 주어 분자의 특성을 변화시키고 이를 이용한 소자의 구동이 가능하다는 점이다.
그리고 분자를 이용할 경우, 그 크기와 기능면에서 대량 공정과 소자의 집적화의 부분에서 기존의 반도체 소자에 비해 유리한 장점이 있다.
현재까지 분자전자소자 연구는, 단단한 기판 위(예를 들어, 실리콘 기판)에서의 제작 공정을 거쳐, 전기적 신호의 분석을 통해 물성에 대한 이해와  이론을 바탕으로 다양한 소자로의 적용에 대한 연구가 진행되어 왔다.
하지만, 본 연구진은 이러한 전통적인 연구 관점에서 벗어나, 유기 물질의 유연한 물리적 특성을 이용하여, 2 nm 정도의 두께를 가지는 초박막 단분자박막을 이용한 분자전자소자를 제작하였다.
그리고 제작된 분자전자소자의 다양한 구부러진 상태에서의 전하수송 특성 및 그 메커니즘을 규명하였으며, 나아가 유연전자소자(flexible electronics) 연구 분야에 무한한 접목 가능성과 연구적 가치의 중요성을 제시하였다.

2. 연구결과

유연한 분자전자소자의 모식도

그림 a. 실험에 사용된 유연한 분자전자소자 개략도 (아래부터 위 순서로, 플라스틱 기판, 하부 전극 (Au/Ti), 감광제 (photo-resistor), 전도성 고분자, 상부 전극 (Au))
그림 b. 실제 실험에 사용된 유연한 분자전자소자 사진 (총 512 개의 소자가 있음)

그림 1(a) 는 유연한 분자전자소자 개략도를 보여준다. 소자의 제작공정은 아래의 표 1처럼 유연한 분자전자소자 제작 공정에 설명되어 있다. 총 512개의 소자가 가로 3 cm × 세로 3 cm 크기의 플렉시블 기판에 만들어 졌으며 그림 1(b)에 실제 소자 사진이 포함되어 있다.

유연한 분자소자의 휨 상태에서의 전하수송 특성

그림 a. 소자가 인장(tensile)응력을 받았을 때의 이미지
그림 b. 점차적인 인장응력을 받았을 때의 전류 값을 도시하였음
       (0.6 V~1.0 V 범위에서 의 각 포인트 전류 값을 도시)
그림 c. 5 mm 의 인장응력의 휨 반경 상태에서의 저온 측정 데이터
그림 d. 소자가 압축(compressive)응력을 받았을 때의 이미지
그림 e. 점차적인 압축응력을 받았을 때의 전류 값을 도시하였음.
       다시 회복 시, 전류 값의 변화가 없음이 보임.
       (0.6 V~1.0 V 범위에서 의 각 포인트 전류 값을 도시)
그림 f. 5 mm 의 압축 응력의 휨 반경 상태에서의 저온 측정 데이터

그림 2는 분자 소자의 bending test에 대한 데이터이다.
분자 소자가 인장 또는 압축 응력을 받았을 때의 전기적 신호를, 분석을 통하여 소자의 휨 환경에서의 안정성을 규명 하였다.
구부러진 상태에서 온도 변화에 따른 전기 신호를 분석함으로써, 분자의 전자 전달 경로(tunnelling)가 구부러진 상태에서도 유지됨을 알 수 있다.

다양한 휨 상태에서의 분자 소자의 안정성

그림 a. 이쑤시개에 걸쳐져 있는 상태에서의 소자 특성 (-0.8 V 와 0.8 V의 구간 측정)
그림 b. 소자를 특정 각도에 따라 꼬았을 때의 전류 값에 대한 데이터
그림 c. 유리막대 위 나선형으로 감겨진 분자 소자의 실제 이미지

그림 3으로부터, 매우 극심한 환경이나 다양한 휨 환경에서의 소자 안정성을 확인 할 수 있다.
그림 3(a)에서 볼 수 있듯이 아주 작은 이쑤시개에 감겨진 상태에서도 약 10,000 초(약 2시간 30분) 동안 소자의 성능 저하는 볼 수 없었으며, 그림 3(b)에서 한 축을 돌리거나(각도 > 35°), 혹은 그림 3(c)에서처럼 유리 막대에 사선 형으로 감겨져 있는 상태에서도 소자의 성능은 꾸준한 견고함을 보여 주었다.

 

 용  어  설  명

분자전자소자 (Molecular electronics)
분자전자소자는 분자 크기의 다양한 기능성 소재를 전자소자의 핵심적인 구성요소로 사용한다는 개념으로, 주로 분자소자의 제작과 전하수송 특성을 연구하는 과학기술분야이다. 분자 고유의 크기가 보통 수 나노미터(nm) 이하로 매우 작고, 자기 조립에 의한 상향식 공정이 가능하여, 고집적 저비용의 전자소자를 제조할 수 있다. 이러한 장점으로 인해 기존의 실리콘 반도체 소자들이 가지는 집적도의 한계를 보완할 수 있어 미래 핵심기술로 평가 받고 있으며, 세계 일류 대학들과 연구기관들이 이 분야에 대해 활발히 연구하고 있다.

자기조립단분자 박막 (Self-assembled monolayer)
자유로운 계(system) 내에서 용액 내 분자가 촉매 혹은 이동을 위한 특정 에너지의 주입이 없이, 자발적으로 상호작용을 통해 다른 물질과 접합이 되는 현상을 의미한다. 접합 하는 과정에 있어서, 용액 내에 있던 비방향성으로 움직이는 분자들은 짧은 범위의 반경 내에서 정렬을 일으키며 접합을 하며, 위 과정에서 자유에너지가 낮아지고, 평형 상태로 존재 하게 된다.

그림 a. 용액 내 존재하는 분자들의 박막 금속 위에서 자가 조립되는 원리 개략도그림 b. 금속 전극 사이에 자기조립된 단분자 박막 모식도.

 

<원문보기>

Flexible molecular-scale electronic devices(요약)

Flexible molecular-scale electronic devices(원문)

<이탁희 교수>

1. 인적사항

 ○ 소 속 : 서울대학교 물리천문학부(물리학)

2. 학력
  ○ 1992 :  서울대학교 물리학 학사
  ○ 1994 :  서울대학교 물리학 석사
  ○ 2000 :  미국 퍼듀대학교 물리학 박사

3. 경력사항
○ 2000년 ~ 2004년 : 미국 예일대학교 박사후연구원
○ 2004년 ~ 2011년 :  광주과학기술원 신소재공학과 조교수/부교수/교수
○ 2011년 ~현재 : 서울대학교 물리천문학부(물리학전공) 부교수
○ 2007년 ~ 2012년 6월 : 교과부?연구재단 중견연구자(도약연구) 연구책임자
○ 2012년 5월 ~ 현재 : 교과부?연구재단 리더연구자(창의적연구) 연구책임자

4. 주요연구업적
○ 연구 분야 :
- 분자전자소자
- 유기물 기반 메모리 소자
- 반도체 나노와이어 기반 전자소자 및 그래핀 전극 기반 광전자 소자

○ 주요 연구업적 :
1.  Hyunwook Song et al. "Observation of Molecular Orbital Gating", Nature 462, 1039-1043 (2009) (issue of December 24, 2009).
2.  Gunuk Wang et al. "New approach for molecular electronic junctions with multi-layer graphene electrode", Advanced Materials, 23, 755 (2011). Cover Picture Article.
3.  Sangchul Lee et al. "Enhanced Charge Injection in Pentacene Field Effect Transistors with Graphene Electrodes ", Advanced Materials, 23, 100 (2011).
4.  Yongsung Ji et al. "Stable switching characteristics of organic non-volatile memory on a bent flexible substrate", Advanced Materials, 22, 3071 (2010). Cover Picture Article.
5.  Byungjin Cho et al. "Rewritable Switching of One Diode?One Resistor Nonvolatile Organic Memory Devices", Advanced Materials, 22, 1228 (2010). Cover Picture Article.
6.  Sunghoon Song et al. "Three-dimensional integration of organic resistive memory devices", Advanced Materials, 22, 5048-5052 (2010). Cover Picture Article.
7.  Gunho Jo et al. "Hybrid Complementary Logic Circuits of One-Dimensional Nanomaterials with Adjustment of Operation Voltage", Advanced Materials, 21, 2156 (2009). Cover Picture Article
8.  Gunuk Wang et al. "Enhancement of field emission transport by molecular tilt configuration in metal-molecule-metal junction", J. Am. Chem. Soc. 131, 5980 (2009).
9.  Woong-Ki Hong et al. "Tunable Electronic Transport Characteristics of Surface Architecture-Controlled ZnO Nanowire Field Effect Transistors", Nano Lett. 8, 950 (2008) and about 140 more papers.

* Detailed publication list can be found at http://mnelab.com

<박성준 박사과정생>

1. 인적사항

 ○ 소 속 : 광주과학기술원 신소재공학과

2. 학력
 ○ 2010년 : 아주대학교 신소재공학 학사
 ○ 2011년 : 광주과학기술원 신소재공학과 석사
 ○ 2011년 ~ 현재 : 광주과학기술원 신소재공학과 박사과정
   
3. 주요발표논문 (Selected journal articles)    
1. Sungjun Park, Gunuk Wang, Byungjin Cho, Yonghun Kim, Sunghoon Song, Yongsung Ji, Myung-Han Yoon & Takhee Lee, "Flexible molecular-scale electronic devices", Nature Nanotechnology (2012)
2. Jun-seok Yeo, Jin-Mun Yun, Dong-Yu Kim, Sungjun Park, Seok-Soon Kim, Myung-Han Yoon, Tae-Wook Kim, and Seok-In Na, "Significant Vertical Phase Separation in Solvent-Vapor-Annealed Poly(3,4-ethylenedioxythiop hene):Poly(styrene sulfonate) Composite Films Leading to Better Conductivity and Work Function for High-Performance Indium Tin Oxide-Free Optoelectronics" ACS Appl. Mater. Interfaces (2012) Online publised.
3. Gunuk Wang, Seok-In Na, Tae-Wook Kim, Yonghun Kim, Sungjun Park, and Takhee Lee, "Effect of PEDOT:PSS-molecule interface on the charge transport characteristics of the large-area molecular electronic junctions", Organic Electronics 13, 771  (2012).

 

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일반적으로 사람은 만 6세부터 나오는 영구치로 평생을 살아갑니다.

그런데 입 안에는 무수한 세균이 살고 있어 치아와 잇몸의 건강을 지키기란 쉽지 않습니다.

특히 치주염은 치아와 잇몸사이에 존재하는 다양한 세균에 대한 숙주의 염증과 면역반응의 결과로 일어나는데, 세포조직을 파괴해 치아를 잃게 만드는 주요 원인입니다.

우리나라 성인 가운데 70~80%가 치주염을 앓고 있다 합니다.

■ 서울대 최봉규 교수팀이 세포표면에 있는 당단백질(인테그린, integrin α5β1)의 새로운 기능을 규명해 치주염 발병원인과 새로운 치료법 개발 가능성을 열었습니다.

연구팀은 치주병원균인 구강나선균에 존재하는 표면단백질이 인테그린과 결합하여 염증성 사이토카인(인터루킨-1β)의 발현을 유도하고 활성화시켜, 결국 치주조직에 과도한 염증을 유발함을 밝혀냈습니다.
 
인테그린은 세포와 세포, 세포와 세포 외 기질간의 상호작용에 관여하는데, 세포의 증식이나 분화 및 이동에서 중요한 역할을 담당하며, 만성 염증과 종양의 원인에도 관여되어 있습니다.

다양한 미생물이 숙주세포에 결합하고 침투할 때 역시 직간접적으로 인테그린을 사용합니다.

또한 사이토카인은 면역반응과 염증반응을 일으키는 단백질로, 면역세포가 생산하는 분비단백질입니다.

대표적인 염증성 사이토카인인 인터루킨(IL)-1β는 숙주세포가 미생물 감염을 막기 위해 만들어집니다.

IL-1β는 먼저 비활성형(proIL-1β)으로 만들어진 후 단백분해 숙성과정을 통해 활성형으로 변해야만 세포 밖으로 분비되는데, 이 두 과정이 엄격히 분리 조절됨으로써 IL-1β의 과잉 분비가 통제됩니다.

인플라마좀은 세포질에 존재하는 복합단백질체로, IL-1β를 비활성형에서 활성형으로 전환시키는데 관여합니다.

연구팀은 구강나선균의 표면단백질이 인테그린을 이용해 인터루킨의 비활성형 발현과 인플라마좀 활성을 동시에 유발함으로써, IL-1β의 분비 통제시스템에 문제를 일으켜 치주조직에 IL-1β의 과잉분비가 일어나 과도한 염증을 유발할 수 있음을 규명했습니다.

이번 연구는 구강나선균의 표면단백질이 인테그린을 사용해 IL-1β 분비에 필요한 비활성형 발현과 인플라마좀 활성을 동시에 수행함으로써, 치주조직의 염증반응을 증폭시키고 치주염의 특징인 만성 염증 상태를 유지하는데 중요한 역할을 한다는 사실을 밝힌 것입니다.

이를 통해 이 단백질과 인테그린의 결합은 치주염 억제를 위한 새로운 표적이 될 수 있음을 알 수 있습니다.

이번 연구결과는 면역학 분야에서 세계적으로 권위 있는 학술지인 Immunity 지(IF=24.221) 5월 25일자에 게재되었습니다.
(논문명: Integrin α5β1 activates the NLRP3 inflammasome by direct interaction with a bacterial surface protein)


<연 구 개 요>

IL-1β는 병원균감염에 의해 유도되는 사이토카인으로서 면역과 염증반응을 조절하여 숙주방어에 관여한다.
IL-1β는 먼저 병원체유래의 물질에 의한 자극으로 전사수준의 발현유도에 의해 비활성형(proIL-1β)으로 생산된 후 단백분해의 숙성과정을 통해 활성형으로 전환되어야 세포 밖으로 분비되며, 이 두 과정이 엄격히 분리되어 조절 받음으로써 IL-1β가 과잉으로 분비되는 것이 통제된다.
인플라마좀은 세포질에 존재하는 복합단백질체로서 caspase-1을 활성시킴으로써 proIL-1β의 숙성에 관여하며, 대표적으로 NLRP1, NLRP3, NLRC4, AIM2 인플라마좀이 있다.

 
치주염은 성인의 대표적 구강질환으로서, 치은연하에 형성된 복합세균의 바이오필름에 의해 야기되는 숙주의 염증 및 면역반응 결과로 조직파괴를 동반하며, 치아상실의 주된 원인이 된다.
IL-1β는 치주조직의 염증반응과 치조골흡수를 야기함으로써 치주조직의 면역병리와 밀접한 관계가 있다.
다양한 Treponema 종으로 이루어진 구강나선균은 치주염 병변에서 빈번히 검출되며 치주염 중증도의 표지인자이다.
세균의 표면단백질은 숙주세포와 가장 먼저 반응함으로써 병인기전에 중요한 역할을 한다. 따라서 구강 Treponema 종에 공통으로 존재하는 표면단백질은 IL-1β의 발현과 활성에 대한 연구 대상으로 적합한 분자이며 치주염의 병인기전을 이해하는데 매우 중요하다.
본 연구팀은 선행연구에서 구강나선균에는 매독의 원인균인 Treponema pallidum의 표면단백질인 Tp92와 상동성이 매우 높은 표면단백질이 존재한다는 것을 밝혔다.

구강나선균인 Treponema denticola 표면에  존재하는 Tp92 유사단백질인 Td92가 대식세포에서 proIL-1β의 발현을 유도하고, 비활성형의 IL-1β를 활성형으로 전환시키는데 관여하는 세포수용체와 인플라마좀의 규명 및 관련 메카니즘에 대한 연구를 수행하였다.
Td92는 세포수용체인 integrin α5β1과 직접 결합하여 proIL-1β의 발현을 유도할 뿐만 아니라 NLRP3 인플라마좀을 통해 caspase-1을 활성시키고 이에 의해 proIL-1β를 활성형으로 전환시켜 세포로부터 IL-1β의 분비를 유도하였다.
Td92는 세포로부터 ATP 방출을 유도하고, 세포밖의 ATP가 P2X7 수용체를 자극하여 칼륨이온을 세포 밖으로 유출시킴으로써 NLRP3를 활성시켰다.
뿐만 아니라 Td92는 NLRP3의 발현도 증가시켰다. Td92에 의해 유도되는 proIL-1β의 발현, NLRP3 발현 및 활성에는 전사인자인 NF-κB가 결정적 역할을 하는 것을 확인하였다.

세균표면단백질인 Td92는 integrin α5β1과 결합하여 proIL-1β 발현을 유도하는 '제 1신호'와 인플라마좀을 활성시키는 '제 2신호'를 동시에 나타냄으로써 IL-1β를 과도하게 분비시키기 때문에 치주염 병인에 중요한 역할을 함으로써 치주염억제를 위한 표적분자가 될 수 있으며, 인테그린의 IL-1β 분비와 관련된 새로운 기능은 세균감염, 염증성 질환, 자가면역질환에서 그 역할과 공통기전을 찾는 연구의 기반이 될 것이다.



 용  어  설  명


인테그린(integrin α5β1)
인테그린은 α 소단위체(18종류)와  β 소단위체 (8종류)의 조합으로 구성된 이종이중체의 당단백질이며, integrin α5β1은 α5와 β1의 조합으로 이루어진 인테그린이다.

구강나선균
구강에 존재하는 나선형 모양의 세균으로서 Treponema 속(genus)으로 분류된다.

인터루킨-1β (IL-1β)
면역세포에서 분비되는 사이토카인으로서 주 기능은 선천면역에서 숙주염증반응을 매개한다.
혈관내피세포에 작용해 중성구와 단핵구의 부착인자 및 케포카인(chemokine) 생산촉진, 간에서 급성기 반응체의 합성, 발열 등의 활성을 갖는다.

인플라마좀
세포질에 존재하며 선천면역수용체, 어뎁터, caspase-1으로 이루어진 단백질복합체로서 proIL-1β를 활성형으로 전환시키는데 관여한다.

당단백질(糖蛋白質)
올리고당이 공유결합으로 결합된 단백질

 

<최봉규 교수> 

1. 인적사항 

○ 소 속 : 서울대학교 치의학대학원

2. 학력
○ 1980 : 연세대학교 생화학과 졸업 (학사)
○ 1991 : 독일 Albert-Ludwigs 대학 생물학과 미생물학전공 졸업 (석사)
○ 1994 : 독일 Albert-Ludwigs 대학 생물학과 미생물학전공 졸업 (박사)
 
3. 경력사항
○ 2000 ~ 2003 : 연세대학교 BK21 의과학사업단, 계약교수
○ 2009 ~ 2010 : University of California, San Diego, 의과대학, Visiting Scholar
○ 2003 ~ 현재 : 서울대학교 치의학대학원 구강미생물학교실, 교수

4. 주요 논문 업적
1) Jun HK, Lee SH, Lee HR, Choi BK. 2012. Integrin α5β1 activates the NLRP3 inflammasome by direct interaction with a bacterial surface protein. Immunity 36, 755-768.
2) Lee SH, Choi BK, Kim YJ. 2012. The cariogenic characters of xylitol-resistant and xylitol-sensitive Streptococcus mutans in biofilm formation with salivary bacteria. Archives of Oral Biology 57:697-703.
3) Lee HR, Jun HK, Kim HD, Lee SH, Choi BK. 2012. Fusobacterium nucleatum GroEL induces risk factors of atherosclerosis in human microvascular endothelial cells and ApoE-/- mice. Molecular Oral Microbiology 27:109-123.        
4) Kim YC, Shin JE, Lee SH, Chung WJ, Lee YS, Choi BK, Choi Y. 2011. Membrane-bound proteinase 3 and PAR2 mediate phagocytosis of non-opsonized bacteria in human neutrophils. Molecular Immunology 48:1966-1974.
5) Choi J, Lee SY, Kim K, Choi BK. 2011. Identification of immunoreactive epitopes of the Porphyromonas gingivalis heat shock protein in periodontitis and atherosclerosis. Journal of Periodontal Research 46:240-245
6) Lee HR, Rhyu IC, Kim HD, Jun HK, Min BM, Lee SH, Choi BK. 2011. In-vivo-induced antigenic determinants of Fusobacterium nucleatum subsp. nucleatum. Molecular Oral Microbiology 26:164-172.
7) Kim M, Jun HK, Choi BK, Cha JH, Yoo YJ. 2010. Td92, an outer membrane protein of Treponema denticola, induces osteoclastogenesis via prostaglandin E2-mediated RANKL/osteoprotegerin regulation. Journal of Periodontal Research 45:772-779.
8) Ryu JI, Oh K, Yang H, Choi BK, Ha JE, Jin BH, Kim HD, Bae KH. 2010. Health behaviors, periodontal conditions, and periodontal pathogens in spontaneous preterm birth: a case-control study in Korea. Journal of Periodontology 81:855-863.
9) Lee SH, Jun HK, Lee HR, Chung CP, Choi BK. 2010. Antibacterial and lipopolysaccharide (LPS)-neutralising activity of human cationic antimicrobial peptides against periodontopathogens. International Journal of Antimicrobial Agents 35:138-145.

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토마토 유전체의 전체 염기서열이 모두 해독되었습니다.

이번 연구에는 한국생명공학연구원 허철구 박사팀과 서울대 최도일 교수팀 등 국내 연구진을 포함해 14개국 300여 명의 국제 공동연구로 진행되었습니다.

토마토 유전체 염기서열 분석은 국제 컨소시엄을 구성해 12개의 염색체를 참여 국가에 하나씩 나누는 방법으로 진행되었으며, 한국은 2번 염색체를 할당 받아 분석을 진행했습니다.

토마토는 가지, 고추, 감자 등과 같은 가지과 식물의 연구모델식물로서 연간 세계 교역량이 10조 원에 달하는 중요한 채소작물입니다.

가지과 식물은 진화적으로 가장 종 분화가 다양하게 일어난 식물 분류군 중 하나로, 지구상에 3000개 이상의 종이 알려져 있습니다.

염기서열분석 방법은 인간유전체 분석에 활용된 1세대 염기서열 분석 방법으로 시작해 최종적인 마무리는 차세대 염기서열 분석장비(NGS)를 이용하는 방법으로 진행되었습니다.

국제컨소시엄을 통한 토마토 전체 유전체 서열분석


9억 염기쌍의 DNA로 구성된 토마토 유전체의 염기서열 정보는  3만 5000여 개의 토마토 유전자 기능정보 뿐만 아니라 유전자의 배열 및 구성, 그리고 유전체 구조 등 광범위한 내용을 담고 있습니다.

이러한 토마토 유전체 정보는 육종 기술개발을 가속화하여 생산성 높은 고품질의 토마토를 키워낼 수 있을 것으로 전망됩니다.

유전체 정보를 이용하면 초기 단계에서 종의 품질을 확인할 수 있어 육종연한 및 비용을 절반이상 감축할 수 있으며, 비타민 A와 C, 캡사이신 등 가지과 식물의 유용한 2차  대사산물의 생합성과정과 종분화 연구에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다.

또 이 정보를 같은 가지과 식물인 고추, 감자 등에 활용하면 다양한 고품질의 신품종 농산물을 신속하게 식탁에 오르게 할 수도 있습니다.

이번 연구결과는 네이처지에 5월31일 자에 게재되었으며,
염기서열 관련 정보는 홈페이지(http://solgenomics.net/tomato)를 통해 확인할 수 있습니다.

토마토 유전체와 다른 가지과 식물 유전체의 유사성


<연 구 개 요>

세계최고의 채소작물이며 열매발달의 모델식물인 토마토의 유전체서열분석이 완료되었다.
가지과식물은 전 세계의 다양한 기후에 서식하는 일년생 및 다년생을 포함하는 가장 큰 속씨식물군의 하나이다.
이 논문에서 우리는 하나의 야생종을 포함하여 재배되는 토마토의 질 높은 유전체서열을 감자유전체와 비교하여 보고하였다.
재배되는 토마토는 야생토마토와 서열상에 0.6%, 감자와는 8% 변이가 일어났으며 유전체상의 염색체 재배열을 관찰 할 수 있었다. 애기장대와 달리 그러나 콩과는 유사하게 토마토의 small RNA 유전자는 유전자가 많은 염색체 부위에 존재 하였으며 토마토 염색체는 진화과정상 세 번의 배수화가 진행 되었다.
이러한 염색체 진화과정을 통해 토마토 열매의 특성, 색깔 및 과육의 특성이 진화된 것으로 판단된다.


 용  어  설  명

가지과식물 :
고추, 토마토, 감자, 가지, 담배 등을 포함하는 식물군으로 식량, 채소, 기호식품, 화훼 및 약용식물로 전세계적으로 재배되고 있으며 지구상에 약 3000종이 서식하고 있음.

1세대 염기서열분석 :
1977년 Sanger교수가 개발해 노벨상을 수상한 염기서열 분석 방법으로 인간 유전체 및 애기장대 유전체 분석에 쓰임.

NGS(차세대염기서열분석 방법) :
2000년대 이후 유전체 분석 수요가 늘면서 개발된 염기서열 분석방법으로 Illumina사가 개발한 Genome Analyzer, Roche사가 개발한 454 GS FLX등의 기종이 있으며 최신기종의 경우 인간 유전체의 100배 분량의 서열을 10일 내에 생산해 낼 수 있음.

라이코펜(lycopene) :
비타민 A의 전구물질로 토마토에 다량 함유되어 있으며 토마토를 세계10대 건강식품으로 만든 주성분임.

캡사이신(Capsaicin) :
고추의 매운맛을 결정하는 성분으로 대사를 촉진시켜 살을 빼주는 등 여러 가지 생리활성이 확인된 물질.


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교육과학기술부는 이달의 과학기술자상 5월 수상자로 방랑하는 구상성단으로 이루어진 우주의 거대구조를 세계 최초로 발견한 이명균 서울대 교수를 선정했습니다.

이 교수는 외부은하 천문학분야의 권위자로, 은하의 형성과 진화, 외부 은하에 있는 구상성단과 은하 거리 측정 연구로 학계의 큰 주목을 받았습니다.

최근에는 지금까지 이론적으로만 예측됐던 구상성단으로 이루어진 우주의 거대구조를 발견하고 검증함으로써 우주의 거대 구조 형성과 진화를 연구하는 데 매우 중요한 단서를 제공했습니다.

이 교수는 고성능 망원경으로 하늘의 1/4를 관측한 슬로운 전천 탐사자료를 분석해 처녀자리 은하단에 있는 구상성단 지도를 최초로 완성했고, 구상성단이 은하단 중심부에서 멀리까지 퍼져있다는 점과 구상성단 대부분이 우주에서 최초로 태어난 천체라는 가능성을 제시했습니다.

이 같은 연구는 통상 공동연구를 수반하는 방대한 과제지만, 이 교수는 박사후연구원 1명과 대학원생 1명의 소규모 연구팀으로도 훨씬 우수한 장비를 보유한 해외 대규모 연구팀보다 먼저 성과를 얻었고, 이는 세계 최고 권위 과학전문지 사이언스 지 2010년 8월호에 게재되기도 했습니다.

또 이 교수는 지난 20년 간 구상성단, 은하 및 은하단의 연구 등을 수행하여 과학인용색인(SCI) 등재 국제학술지에 100여 편의 논문을 발표했습니다.

이에 대한 공로로 1998년 한국천문학회 학술상을 수상했고, 2009년에는 한국과학기술한림원 정회원으로 선임되었습니다.

 

(왼쪽) 처녀자리 은하단의 구상 성단 지도. 붉은 색일수록 구상 성단이 많이 있음을 나타낸다. 가로 폭은 1000만 광년에 해당한다. 구상 성단으로 이루어진 거대 구조가 여러 개 보인다. 붉은 색 영역의 중심부에는 무거운 은하들이 있다 (옆의 글자는 은하들의 이름을 나타낸다). 붉은 색 영역에 있는 구상 성단들은 무거운 은하에 묶여 있으나, 녹색 또는 밝은 하늘색에 있는 구상 성단들은 대부분이 은하와 은하 사이를 떠돌고 있는 방랑자 구상 성단들이다. 이 방랑자 구상 성단으로 이루어진 거대한 구조는 처음으로 발견되었다. 작은 네모(M49)를 확대하여 보면 오른쪽 위 사진처럼 보인다. (출처: 서울대학교 이명균 교수 연구진).

우리 은하에 있는 구상 성단(메시에 80, M80)을 허블 우주 망원경으로 찍은 사진. 구상 성단은 축구공처럼 둥글게 보이며 약 백만 개의 별을 포함하고 있다. 이 구상 성단은 3만 광년 떨어져 있어 많은 별들이 보이지만, 처녀자리 은하단의 거리에 놓이면 하나의 별처럼 작은 점으로 보인다. (출처: 미국 the Hubble Heritage Team/AURA/NASA/STScI/ESA).

(왼쪽) 처녀자리 은하단에 있는 거대 타원 은하(메시에 49, M49)의 사진. 본 연구진이 미국 국립천문대의 4미터 망원경으로 찍은 사진. 이 은하에는 1조개의 별이 있으나, 개개의 별은 어두워서 식별할 수 없고 뿌옇게만 보인다. 각 각 별처럼 보이는 작은 점들의 대부분은 별이 아니라, 구상 성단인데 멀리 있어서 작은 점으로 보인다. 작은 원을 가까이에서 보면 오른쪽 아래 사진처럼 보인다. (출처: 서울대학교 이명균 교수 연구진).


 용  어  설  명

구상성단 (globular clusters)
약 백만 개의 별이 축구공처럼 둥글게 모여 있으며, 크기는 40광년이나 되는 성단이다.
구상 성단은 평균 나이가 120억년으로서 우주에서 나이가 가장 많은 천체이므로, 우주의 나이를 측정하거나 우주 초기의 진화 상태를 연구할 때 매우 중요한 역할을 한다.
구상 성단은 일반적으로 은하에서 발견되었다.
우리 은하는 약 160개의 구상 성단을 거느리고 있다.
구상 성단은 은하의 중심부에서 바깥까지 널리 분포한다.
우리 은하에서 구상 성단은 대부분 13만 광년 안에 분포하며, 가장 멀리 있는 구상 성단은 30만 광년까지 떨어져 있다.

은하 (galaxies)
수백억 내지 수천억 개의 별이 모여 있는 거대한 천체이다.
태양도 우리 은하에 있는 별 중의 하나이다.
은하는 우주를 이루는 기본 단위이다.
은하는 소용돌이처럼 생긴 나선 은하, 럭비공 같은 타원 은하 등 그 종류가 매우 다양하다.

은하단 (the clusters of galaxies, 또는  the  galaxy clusters)
수백 내지 수천 개의 은하가 모여 있는 엄청나게 거대한 천체이다.
처녀 자리에 있는 은하단은 가장 가까이 있는 은하단(거리는 5400만 광년)으로서 2천 개 이상의 은하를 포함하고 있으며, 봄에 가장 잘 볼 수 있다.
영어 이름은 The Virgo cluster of galaxies인데 줄여서 The Virgo cluster로 쓴다.
이때 cluster를 성단으로 번역하는 오류가 종종 있는데, 은하단이 올바른 번역이다. 

슬로운 전천 탐사 (The Sloan Digital Sky Survey)
미국 뉴멕시코 주에 있는 아파치 포인트(Apachepoint) 천문대의 2.5m 망원경과 CCD camera, 다중 천체 분광기 등으로 전 하늘의 1/4을 탐사 관측하는 과제로서, 2000년에 시작되어 현재까지 계속되고 있다.
미국 GM자동차의 사장을 지낸 알프레드 슬로운(Alfred Sloan)이 1934년에 세운 슬로운 재단의 지원을 받았다.
미국의 프린스턴 대학이 주축이 되어 미국, 영국, 일본, 중국, 한국 등이 참여하였다.
한국은 고등과학원, 서울대학교, 세종대학교, 경북대학교, 부산대학교 등에 있는 교수들로 구성된 한국과학자팀(the Korea Scientist Group)으로 이 과제에 참여하였다.
이 탐사를 통해 나온 관측 자료는 관측 후 일정한 시간이 지나면 전 세계에 공개되므로 누구나 사용할 수 있다.

처녀자리 : 
봄철에 잘 보이는 대표적인 별자리 중의 하나이다.
가장 밝은 별은 스피카(Spica)로서 1등성이라 맨 눈으로 쉽게 볼 수 있다.
북두칠성 손잡이의 연장선을 따라 가면 밝게 빛나는 별이 보인다.
이 별은 목동자리의 아크투루스(Acrturus)로서 0등성이며 밤하늘에서 세 번째로 밝은 별이다.
연장선을 따라 계속 가면 다시 밝은 별이 보이는데 이 별이 바로 스피카이다.
스피카의 오른 쪽 위로 약간 어두운 별이 있다.
이 별은 사자자리의 데네볼라(Denebola)로서 2등성이다.
처녀자리 은하단은 스피카와 데네볼라 사이에 있다. 그러나 이 은하단에 있는 은하들은 어두워서 맨눈으로는 볼 수 없다. 

 

<이명균 교수>

▶소속 : 서울대학교 물리천문학부

● 학    력

▶1976 ∼ 1980    서울대학교 천문학과 학사
▶1980 ∼ 1984    서울대학교 천문학과 석사
▶1984 ∼ 1990    University of Washington (미국, 시애틀) 천문학 박사

● 경    력

▶1990 ∼ 1993   카네기 천문대(미국, 파사데나) 연구원
▶1993 ∼ 현재   서울대학교 물리천문학부 교수
▶2002 ∼ 2004  Carnegie Institution of Washington (객원연구원)
▶2009 ∼ 현재  한국과학기술한림원 정회원

● 주요업적 : 방랑하는 구상성단의 거대구조와 안드로메다 은하의 구상 성단 발견
□ 처녀자리 은하단 안에 방랑하는 구상성단을 세계 최초로 발견했음.
수십 년 전부터 이런 방랑 구상성단의 존재는 이론적으로 예측되었던 것이었으며, 이를 실제로 검증함으로써 은하와 은하단 형성에 대한 이해를 증진시켰음. 또한 안드로메다 은하에서 새로운 구상성단을 다수 발견하였음.

 

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유전자가위(engineered nuclease)는 특정 염기서열(DNA 표적 자리)을 인식해 절단하거나 교정하도록 고안된 인공 제한효소로, 인간세포를 포함한 모든 동식물 세포에서 특정 유전자를 절단해 변이를 일으키거나 교정하여 다양한 질병을 치료하는데 사용되는 신기술입니다.

유전자가위 기술은 유전자의 염기서열을 교정하거나 뒤집어진 유전자를 원상 복구할 수도 있습니다.

서울대 김진수 교수가 주도적으로 개발·보급한 이 기술은 지난해 세계 최고 권위의 '네이처'지 자매지인 'Nature Methods (IF=20.7)'에서 '올해의 기술(Method of the Year 2011)'로 선정된 바 있습니다.

지금까지 유전자가위 기술은 이중나선 DNA 두 가닥을 모두 잘라내 독성을 일으키거나, 표적하지 않은 곳에서도 작동하여 원치 않는 돌연변이를 발생시키는 등의 문제점이 있었습니다.
 
이에 최근 미국 하버드대 의대 연구팀과 생명공학 회사가 각각 DNA 한 가닥만을 자르는 유전자가위 기술 개발에 성공했다고 발표하기도 했습니다.

그러나 이들은 유전자가위 기술로 표적 장소에만 변이를 일으키는지 여부를 확인하지 못하는 등 그 정확성을 입증하지 못했습니다.

서울대 김진수 교수팀은 DNA 두 가닥 중 한 가닥만을 자르는 유전자 가위 기술을 개발해 세포 독성이나 돌연변이를 유발하는 부작용 없이 원하는 장소에만 변이를 일으키는데 성공하였습니다.

김 교수팀의 유전자가위 기술은 DNA 한 가닥만 자른 후 어떠한 부작용 없이 표적 장소에서만 유전자를 교정하는 첫 사례입니다.

이는 유전자와 줄기세포 치료의 정확성을 높이는데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

김 교수팀은 기존의 유전자가위 기술과 마찬가지로 외부에서 넣은 유사 DNA를 이용해 유전자를 정교하게 교정할 수 있으면서도 표적 장소 외에는 변이를 일으키지 않는다는 사실을 처음으로 확인했습니다. 

향후 이 기술을 통해 유전자 또는 줄기세포 치료뿐만 아니라 에이즈나 혈우병과 같은 난치성 질환을 원천적으로 치료하는데도 활용될 수 있을 전망입니다.

이번 연구결과는 유전체 분야의 권위 있는 학술지인 '지놈 리서치(Genome Research, IF=13.588)'지에 온라인 속보(4월 21일)로 게재되었습다. 
(논문명 : Precision genome engineering with programmable DNA-nicking enzymes)

한편 김 교수팀은 지난해 1월 세포 내에 존재하는 유전자의 특정 위치를 선별해 절단하는 유전자가위 대량 합성기술 개발에 성공하였고(Nature Methods지, 2011년 1월호), 11월에는 유전자가위 기술을 이용해 특정 유전자에 돌연변이를 일으킨 동·식물 세포를 쉽게 선별하는 방법을 개발하기도 했습니다.(Nature Methods지, 2011년 11월호).

또 최근에는 뒤집어진 혈우병 유전자를 다시 뒤집어서 원상 복구하는 기술을 개발한 바 있습니다(Genome Research지, 2011. 12. 19). 

왼쪽그림: 기존에 사용되고 있는 DNA 두 가닥을 자르는 유전자 가위인 Zinc finger nuclease로 세포내 DNA 손상을 유도할 경우, NHEJ 수리 기작을 이용하여 표적자리에 돌연변이를 도입하거나 혹은 외부에서 도입한 유사 염기서열 DNA를 주형으로 하여 HR 방법에 의해 손상된 DNA를 교정한다. DNA 두 가닥을 자를 경우 세포내 수리 기작 중 HR보다 NHEJ가 더 우세하게 작용하므로, NHEJ에 의한 오류를 제어할 수 없는 단점이 있다.

오른쪽그림: 본 연구에서 개발한 유전자 가위인 Zinc finger nickase를 세포에 도입할 경우 DNA 한 가닥만을 자르는 것이 확인되었고, 외부에서 도입한 유사 염기서열 DNA를 주형으로 하여 HR에 의한 교정을 유도함은 물론, 잘린 DNA 말단의 거의 대부분이 오류 없이 다시 연결되는 것을 확인했다. 이 방법을 통해 NHEJ에 의한 오류를 제어함으로써 기존 방법의 부작용을 줄일 수 있음을 보였다.



<연 구 개 요>

Precision genome engineering with programmable DNA-nicking enzymes

 
유전자가위(engineered nuclease) 기술은 DNA의 표적자리를 인식하여 유전자 염기서열을 교정할 수 있는 방법으로, 다양한 질병치료에 사용될 수 있는 도구로 주목받고 있다.
기존의 유전자가위는 이중나선 DNA의 두 가닥을 동시에 절단하는데, 세포는 Non-Homologous End Joining (NHEJ) 방법을 이용하여 자른 부위를 다시 연결하거나, 혹은 외부에서 넣어준 유사 DNA를 주형으로 하여 Homologous recombination (HR) 방법을 이용해 복구하기도 한다.
NHEJ는 변이를 수반하고 HR은 오류 없이 정확히 수선되는 것으로 알려져 있다.
기존의 유전자가위는 NHEJ에 의한 오류를 제어할 수 없으며, 더욱이 표적자리뿐만이 아니라 표적하지 않는 자리에도 작동하는 단점이 보고됨에 따라 질병치료의 도구로서 걸림돌이 되고 있다.
본 연구에서는 DNA의 두 가닥을 자르는 현재 기술을 대신하여 DNA 한 가닥만을 자르는 새로운 유전자가위(engineered nickase)를 개발하였다.
engineered nickase는 기존 유전자가위와 마찬가지로 외부에서 넣어준 유사 DNA를 이용하여 유전자를 정교하게 교정할 수 있는 반면 표적장소에서 원치 않는 변이를 만들지는 않았다.
또한 기존 유전자가위는 표적하지 않는 자리에서도 변이를 유도하는 반면 engineered nickase는 표적장소 이외에는 변이를 유도하지 않았다.
본 연구를 통해 개발된 DNA 한 가닥만을 자르는 유전자가위는 기존 두 가닥을 자르는 유전자가위 기술의 한계를 극복했다는 점에서 큰 의의가 있다.
개발된 유전자가위를 이용하여 표적자리에 오류를 일으키지 않고 유전자를 정교하게 교정할 수 있고, 표적하지 않는 자리에 작동하는 부작용을 최소화하여 이를 통해 다양한 질병치료에 더욱 효과적으로 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 용  어  설  명


Non-Homologous End Joining (NHEJ) :
세포내 두 가닥 이중나선 DNA 손상이 발생할 때 교정할 수 있는 메커니즘의 하나로, 잘려진 DNA 가닥이 유사염기서열을 이용하지 않고 잘린 말단을 바로 연결하거나 변이를 수반하여 교정하는 수리 기작이다.

Homologous recombination (HR):
세포 내 두 가닥  이중나선 DNA 손상이 발생할 때 오류 없이 교정할 수 있는 메커니즘의 하나로, NHEJ와는 달리 유사한 염기서열을 주형으로 하여 DNA 말단이 연결되는 세포내 수리 기작이다.

DNA(deoxyribonucleid acid) :
유전정보를 담은 화학물질로 두 가닥의 사슬이 서로 꼬여 있는 이중나선 모양임


<김진수 교수>

1. 인적사항

 ○ 소 속 : 서울대학교 화학부
 
2. 학력
  1983 - 1987    서울대학교 이학사
  1987 - 1989    서울대학교 이학석사
  1990 - 1994    University of Wisconsin-Madison, Ph.D.
 
3. 경력사항
  1994 - 1997  美 MIT/Howard Hughes Medical Institute, Associate
  1997 - 1999 삼성생명과학연구소, 연구책임자
  1999 - 2005   (주)툴젠 대표이사/연구소장
  2005 - 현재     서울대학교 화학부 조교수/부교수
  2010 - 현재     교과부?연구재단 지정 창의연구단장

4. 전문 분야 정보

수상실적
- 서울대 자연과학대학 연구상 (2010)
- 교육과학기술부/과학재단 이달의 과학자상 (2004)
- Best Poster Award, Drug Discovery Technology (2001)

대표 연구논문
1) Kim E et al. and Kim JS (2012) Precision genome engineering with programmble DNA-nicking enzymes. Genome Research, in press.
2) Kim HJ, Kweon J. et al. and Kim JS (2012) Targeted chromosomal duplications and inversions in the human genome using zinc finger nucleases. Genome Research 22, 539-548. (Featured in News of the Week, Chemical & Engineering News 90, 11.)
3) Kim H et al. and Kim JS (2011) Surrogate reporters for enrichment of cells with nuclease-induced mutations. Nature Methods 8, 941-943. (Featured in News of the Week, Chemical & Engineering News 89, 11.)
4) Kim S et al. and Kim JS (2011) Preassembled zinc-finger arrays for rapid construction of ZFNs. Nature Methods 8, 7. (Featured in News and Views, Nature Methods 8, 53.)
5) Kim JS, Lee HJ, Carroll D (2010) Genome editing with modularly assembled zinc finger nucleases. Nature Methods 7, 91.
6) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. 28, 445-446.
7) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases. Genome Res. 20, 81-89.
8) Kim HJ, Lee HJ, Kim H, Cho SW and Kim JS (2009) Targeted genome editing with zinc finger nucleases constructed via modular assembly. Genome Res. 19, 1279-1288.
9) Bae, KH et al. and Kim JS (2003) Human zinc fingers as building blocks in the construction of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 275-280. (Featured in News and Views, Nature Biotechnol. 21, 242.)
10) Park, KS et al. and Kim JS (2003) Phenotypic alteration of eukaryotic cells using randomized libraries of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 1208-1214.

<김은지 박사>

1. 인적사항

○ 소 속: 서울대학교 화학부                       

2. 학력
  2001 - 2006    세종대학교 이학사
  2006 - 2011    서울대학교 이학박사
 
3. 경력사항
  2011~현재     서울대학교 Post-doc.

4. 전문 분야 정보
수상실적
- 롯데 장학생, 롯데 장학재단 (2002)
- 수인장학생, 수인 장학재단 (2007)

논문실적

1) Kim E et al. and Kim JS (2012) Precision genome engineering with programmble DNA-nicking enzymes. Genome Research, in press.
2) Lee, H.J., Kweon, J.,Kim, E.,Kim, S., Kim, J.-S. (2012) Targeted chromosomal duplications and inversions in the human genome using zinc finger nucleases .Genome Res. 22,539-548.
3) Kim, S., Kim, E.J. and Kim, J.-S. (2010) Construction of combinatorial libraries that encode zinc finger-based transcription factors. Methods Mol Biol. 649,133-147.
4) Lee, H.J., Kim, E., and Kim, J.-S. (2010) Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. 28,445-446
5) Kim, S., Lee, H.J., Kim, E., and Kim, J.-S. (2010) Analysis of Targeted Chromosomal Deletions Induced by Zinc Finger Nucleases. Cold Spring Harb Protoc. pdb.prot5477
6) Lee, H.J.*, Kim, E.*, and Kim, J.-S. (2010) Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases. Genome Res. 20, 81-89. (*: equal contribution)

 

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세포가 둘로 나뉠 때 그 세포가 갖고 있는 유전정보를 두 배로 복제하고, 복제된 유전정보를 유사분열과정을 거쳐 새로 생긴 딸세포로 정확히 전달하는 것은 매우 중요합니다.

만일 이 과정에서 오차가 생기면 세포의 항상성 유지에 문제가 생기고, 암과 같은 여러 질병이 발생하는 원인이 됩니다.

동원체는 복제된 유전정보를 담고 있는 염색체가 둘로 나뉘는데 필수적인 역할을 하는데, 이 동원체가 만들어지는데 문제가 생기면 염색체가 분열할 때 염색체를 양쪽으로 잡아당겨 분리시키는 끈 역할을 하는 방추사가 염색체에 제대로 붙지 못해 유사분열이 일어날 때 비정상적으로 염색체 분열을 일으킵니다.

따라서 동원체가 만들어지는데 문제가 생기면, 암이나 정신 지체와 같은 유전질환이 발생하게 되는데, 어떠한 경로로 이러한 질병이 유발되는지 그 분자적인 과정을 정확히 밝혀내지 못한 상황입니다.

세포가 분열할 때 염색체가 붙는 부위인 동원체가 유지되는데 필수적인 단백질 미스에이틴알파의 새로운 기능이 규명됐습니다.

이에 따라 암이나 정신 지체와 같이 동원체 형성과 관련된 다양한 유전질환의 유발 원인을 밝힐 가능성을 열었습니다.

서울대 백성희 교수와 숙명여대 김근일 교수팀은 특정 유전자(Mis18α)가 제대로 기능하지 못하면, 동원체가 만들어지지 못하고 세포분열에도 문제가 생기며, 배아가 개체로 발생하는 과정에도 장애를 일으켜 결국 유전질환을 일으킬 수 있다는 사실을 Mis18α 유전자가 제거된 생쥐모델로 밝혀냈습니다.

연구팀은 동원체 부위를 지정하는데 중요한 히스톤 변이체가 동원체 부위를 찾아가는 과정에서 Mis18α 단백질이 안내 역할을 하며,  Mis18α 단백질이 DNA 메틸화 효소를 동원체 부위로 불러들여, 그 부위의 DNA를 메틸화시키는 과정이 동원체를 만드는데 매우 중요하다는 사실을 처음으로 입증했습니다.

이번 연구결과는 세계 최고 권위의 생명과학전문지 '셀(Cell)'의 자매지인 '몰레큘라 셀(Molecular Cell)'지에 온라인 속보(4월 19일자)로 게재되었습니다.
(논문명 : Roles of Mis18α in Epigenetic Regulation of Centoromeric Chromatin and CENP-A Loading)

생쥐의 배아세포에서 세포분열과정을 면역염색법으로 관찰한 그림으로 정상생쥐의 배아세포 (+/+)에서는 염색체(붉은색)가 정상적으로 중앙에 정렬되어 방추사(녹색)와 연결되어 있는 반면에 Mis18α가 결손된 배아세포 (Δ/Δ)에서는 염색체가 중앙에 정렬되지 못하고 퍼져있으며 방추사와의 연결도 불완전한 모습을 보이고 있다.

정상생쥐의 배아 (+/+)와 Mis18α가 결손된 배아 (Δ/Δ)를 배양하였을 때 정상배아에서는 내괴세포가 자라나서 세포덩어리를 형성하지만 Mis18α가 결손된 배아의 세포는 자라지 못하고 죽는다는 사실을 확인하였다.

Mis18α 단백질이 DNA 메틸화 효소를 동원체 부위로 불러들여 동원체 부위의 DNA를 메틸화 시키는 과정이 동원체 형성에 중요하며, 동원체 부위를 지정하는 역할을 하는 히스톤 변이단백질이 동원체 부위를 찾아 가는 과정에서 Mis18α 단백질이 안내 (guide) 기능을 수행한다는 것을 모식적으로 나타낸 것이다.



 

<연 구 개 요>

Roles of Mis18α in Epigenetic Regulation of Centromeric Chromatin and CENP-A Loading
(CENP-A loading과 동원체 크로마틴의 후성유전학적 조절에 있어서 Mis18α의 역할)
 
동원체는 세포 분열과정에서 방추사가 결합하는 염색체상의 위치를 말한다.
동원체 부위는, 전위 인자(transposon)를 포함하고 있는 이질염색질(heterochromatin) 구조가 많으며 이로 인해 유전자 재배열이(DNA rearrangement) 자주 발생한다고 알려져 있다.
유전자 재배열의 결과 일어나는 유전자 불안정성은 암의 발생과 그 예후로서의 연관성이 증가되고 있다. 뿐만 아니라 ICF 환자와 같은 발달 장애와도 관련되어 있음이 알려져 있다.
동원체 특이적인 히스톤 단백질인 CENP-A 는 세포 분열 시에 나뉘었다가 새로운 단백질이 만들어져 원래의 양으로 회복된다. 이 때 새로 만들어진 CENP-A가 동원체 부분으로 들어오는데(CENP-A loading), CENP-A 와 결합하는 다양한 단백질들이 이 과정에 작용하고 있다는 연구가 최근 활발히 진행되고 있다.
그 중에서 Mis18α 는 CENP-A loading 에 필수적이지만 CENP-A 와 결합하지 않는 독립적인 단백질이기 때문에 그 메커니즘을 밝히는 것이 CENP-A를 통한 동원체의 작용을 설명하는데 가장 중요한 연구 과제중 하나이다.
  
본 연구를 통해 Mis18α는 CENP-A가 동원체에 위치하기 전에 DNMT3A/3B 와 동원체 부위에 위치해서 DNA methylation을 유지한다는 사실을 밝혔다.
실제로 Mis18α의 유전자를 없앤 생쥐 모델과 DNMT3A/3B와 결합하지 못하는 돌연변이 단백질을 만들었을 때, CENP-A 가 동원체에 오지 못하고 유전자 불안정성이 늘어나서 결국 배아 단계에서 개체가 살아남지 못하는 것을 발견하였다.
  
본 연구의 독창성과 중요성은 세포 분열과정에서 필수적인 CENP-A 단백질의 작용이 Mis18α 단백질을 통한 동원체 DNA의 메틸화를 통해서 조절될 수 있다는 사실을 밝힘으로써 CENP-A loading 이 CENP-A 결합 단백질들 뿐 만 아니라 동원체 DNA의 후성 유전학적 조절을 통해서도 일어날 수 있다는 것을 발견한 것이고, 또 한 동원체 부분도 Mis18α 단백질을 통해서 다른 유전자의 발현 조절과 유사한 방식으로 활발하게 조절될 수 있다는 점을 제시한 것이다.
이러한 후성유전학적 조절은 동원체 부위의 문제로 일어나는 암이나 정신 지체와 같은 유전 질환을 조절하는 또 다른 메커니즘을 밝힘으로써 유전 질환의 원인 규명과 치료에 대한 중요한 가능성을 제시한 것이라고 볼 수 있다.



 

 용  어  설  명

동원체(centromere) :
세포가 분열할 때 먼저 일어나는 과정이 두 배로 복제된 염색체들이 양쪽으로 분리되는 것이다.
이 과정에서 방추사라는 일종의 단백질로 이루어진 끈이 염색체에 부착되는 되어 염색체를 양쪽으로 잡아당기는데, 방추사가 부착되는 염색체상의 부위를 동원체라 부른다.

CENP-A (centromere protein-A) :
염색체 상의 구조인 동원체는 염색체를 구성하는 단백질인 히스톤으로 구성되어 있는데 CENP-A는 동원체에만 특이적으로 나타나는 히스톤 변이체이다.

Mis18α (Minichromosome Instability 18α, 미니크로모좀 불안정 18 알파) :
Mis 단백질들은 세포 분열 과정에서 동원체가 나누어질 때 새로운 동원체 단백질이 (CENP-A) 제 위치로 들어와 분열을 완성하는데 필수적인 요소다.
이 중에서 Mis18α는 동원체 단백질과 결합하지 않으면서도 다른 단백질들보다 상위에서 동원체 단백질이 제 위치로 가는 것을 조절하는 요소로 알려져 있다.

DNA 메틸화 :
발현이 억제된 유전자 부위나 유전자가 없는 부분의 DNA에서 DNA 메틸화가 많이 발견된다.
DNA 염기부분의 메틸화는 DNMT 라는 DNA 메틸화 효소에 의해서 형성되고 유지된다.
세포가 분열할 때에도 DNA의 메틸화가 유지되는 것이 중요하다는 사실이 알려져 있다.

유사분열(mitosis) :
세포분열 과정에서 염색체가 나타나고 방추사가 생기는 핵분열의 한 형식으로 간접분열이라고도 불림

히스톤 변이체 :
다른 염색체 부위에 존재하는 히스톤과 다른, 동원체에 특이적으로 존재하는 히스톤 단백질 (CENP-A: 센프 에이)

동원체(centromere) :
세포핵의 유사분열기(mitosis)에 방추사(spindle)가 부착되는 염색체(chromosome)의 잘록한 부분으로, 복제된 염색체의 접합과 분리에 핵심적인 구조물

 

<백성희 교수>

1. 인적사항

 ○ 소 속 : 서울대학교 생명과학부

2. 학력
  1990 - 1994    서울대학교 이학사
  1994 - 1996    서울대학교 이학석사
  1996 - 1999    서울대학교 이학박사 (분자생물학)
 
3. 경력사항
  2000 - 2002  美 University of San Diego, Post-doc.
  2002 - 2003 美 University of San Diego, 연구교수
  2003 - 2008   서울대학교 생명과학부 조교수
  2008 - 현재     서울대학교 생명과학부 부교수, 정년보장
  2009 - 현재     교과부?연구재단 지정 창의연구단장
                  (크로마틴 다이나믹스 연구단)
  2009 - 현재     한국과학기술 한림원 이학부 준회원

4. 전문 분야 정보

수상실적
- 로레알 유네스코 여성생명과학 진흥상 (2011)
- 서울대 자연과학 연구상 (2010)
- 교육과학기술부 젊은과학자상 (2009)
- 마크로젠 여성과학자상 (2007)
- 아모레퍼시픽 여성과학자상 (2007)
- 김진복 암연구상 (2006)
- 마크로젠 신진과학자상 (2005)
대표 연구논문 및 저서

1. Kim, H. K., Lee, J. M., Lee, G. N., Bhin, J. H., Oh, S. K., Kim, K. K., Pyo, K. E., Lee, J. S., Yim, H. Y., Kim, K. I., Hwang, D. H., Chung, J. K., and Baek, S. H. (2011) DNA Damage-Induced RORα Is Crucial for p53 Stabilization and Increased Apoptosis. Molecular Cell 44, 797-810.
2. Baek, S. H. (2011) When signaling kinases meet histones and histone modifiers in the nucleus. Molecular Cell 42, 274-284.
3. Lee, J. S., Kim, Y., Bhin, J., Shin, H-J. R., Nam, H. J., Lee, S. H., Yoon, J.-B., Binda, O., Gozani, O., Hwang, D., and Baek, S. H. (2011) Hypoxia Induced Methylation of A Pontin Chromatin Remodeling Factor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 13510-13515.
4. Lee, J. S., Kim, Y., Kim, I. S., Kim, B., Choi, H. J., Lee, J. M., Shin, H-J. R., Kim, J. H., Kim, J.-Y., Seo, S.-B., Lee, H., Binda, O., Gozani, O., Semenza, G. L., Kim, M., Kim  Kim, K. I., Hwang, D. H., and Baek, S. H. (2010) Negative regulation of hypoxic responses via induced Reptin methylation. Molecular Cell 39, 71-85. 
5. Lee, J. M., Kim, I. S., Kim, H. K., Lee, J. S., Kim, K., Yim, H. W., Jeong, J., Kim, J. H., Kim, J.-Y., Lee, H., Seo, S. B., Kim, H., Rosenfeld, M. G., Kim, K. I., and Baek, S. H. (2010) RORα attenuates Wnt/β-catenin signaling by PKCα-dependent phosphorylation in colon cancer. Molecular Cell 37, 183-195.
6. Baek, S. H. (2008) When ATPases pontin and reptin met telomerase. Developmental Cell 14, 459-461.
7. Kim, J. H., Lee, J. M., Nam, H. J., Choi, H. J., Yang, J. W., Lee, J. S., Kim, M. H., Kim, S.-I., Chung, C. H., Kim, K. I., and Baek, S. H. (2007) SUMOylation of a pontin chromatin-remodeling complex reveals a new signal integration code in prostate cancer cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 20793-20798.
8. Kim, J. H., Choi, H. J., Kim, B., Kim, M. H., Lee, J. M., Kim, I. S., Lee, M. H., Coi, S. J., Kim, K. I., Kim, S.-I., Chung, C. H., and Baek, S. H. (2006) Roles of sumoylation of a reptin chromatin-remodeling complex in cancer metastasis. Nature Cell Biology 8, 631-639.
9. Baek, S. H., Zhu, P., Bourk, E. M., Ohgi, K. A., Garcia-Bassets, I., Sanjo, H., Akira, S., Kotol, P. F., Glass, C. K., Rosenfeld, M. G., and Rose, D. W. (2006) Macrophage/Cancer cell interactions mediate hormone resistance through a conserved nuclear receptor derepression pathway. Cell 124, 615-629.
10. Kim, J. H., Kim, B., Ling, C., Choi, H. J., Ohgi, K. A., Tran, C, Chen, C., Chung, C. H., Huber, O., Rose, D. W., Sawyers, C. L., Rosenfeld, M. G., and Baek, S. H. (2005) Transcriptional regulation of a metastasis suppressor gene by Tip60 and β-catenin complexes. Nature 434, 921-926.
11. Baek, S. H., Ohgi, K. A., Rose, D. W., Koo, E. H., Glass, C. K., and Rosenfeld, M. G. (2002) Exchange of N-CoR corepressor and Tip60 coactivator complexes gene expression by NF-kB and β-amyloid precursor protein. Cell 110, 55-67.
12. Baek, S. H., Kioussi, C., Briata, P., Rose, D. W., Hamblet, N. S., Herman, T., Ruiz-Lozano, P., Lin, C., Gleiberman, A., Wang, J., Wang, D., Glass, C. K., Wynshaw-Boris, A., and Rosenfeld, M. G. (2002) Identification of a Wnt/Dvl/β-catenin to Pitx2 pathway reveals molecular mechanisms for mediating cell type-specifc proliferation during development. Cell 111, 673-685.

<김근일 교수>
                                              
1. 인적사항
 ○ 소 속 : 숙명여자대학교 생명과학과

2. 학력
  1986 - 1990   서울대학교 학사 졸업
  1990 - 1992   서울대학교 석사 졸업
  1992 - 1997   서울대학교 박사 졸업 (분자생물학)

3. 경력사항
 1997 - 1999  서울대학교 분자생물학과, Post-doc.
 1999 - 2001  美 University of San Diego, Post-doc.
 2001 - 2005  美 The Scripps Research Institute, Post-doc.
 2005 - 2009  숙명여자대학교 생명과학과 조교수
 2009 - 현재  숙명여자대학교 생명과학과 부교수

4. 전문 분야 정보
- 유비퀴틴 및 유비퀴틴 유사단백질들의 세포내 기능연구
- 인터페론에 의한 신호전달 과정 및 선천성 면역에서의 역할연구
- 염색체 분열과정에 작용하는 신규 단백질들의 발굴 및 세포내 기능연구

<김익수 박사과정>
                                                     

1. 인적사항

 ○ 소속 : 서울대학교 생명과학부                        
 
2. 학력
  1998 - 2005   서울대학교 학사 졸업 (생명과학부)
  2005 - 현재   서울대학교 석박통합과정 (생명과학부)
 
3. 전문 분야 정보
- Kim,I.S., Lee,M.K., Park,K.C., Jeon,Y., Park,J.H., Hwang,E.J., Jeon,T.I., Ko,S.Y., Lee,H., Baek,S.H.*, and Kim,K.I.* (2012) Roles of Mis18α in Epigenetic Regulation of Centromeric Chromatin and CENP-A Loading. Molecular Cell (in press) (*co-corresponding author)

- Lee,J.S., Kim,Y., Kim,I.S., Kim,B., Choi,H.J., Lee,J.M., Shin,H-J.R., Kim,J.H., Kim,J.-Y., Seo,S.-B., Lee,H., Binda,O., Gozani,O., Semenza,G.L., Kim,M., Kim,K.I., Hwang,D.H.,and Baek,S.H. (2010) Negative Regulation of Hypoxic Responses via Induced Reptin Methylation. Molecular Cell 39, 71-85

- Lee,J.M., Kim,I.S., Kim,H.K., Lee,J.S., Kim,K.K., Yim,H.Y., Jeong,J.Y., Kim,J.H., Kim,J.Y., Lee,H.N, Seo,S.B., Kim,H.G., Rosenfeld,M.G., Kim, K.I., and Baek,S.H. (2010). RORα Attenuates Wnt/β-Catenin Signaling by PKCα-dependent Phosphorylation in Colon Cancer. Molecular Cell 37, 183-195.

- Kim,I.S.,and Baek,S.H. (2010) Mouse Models for Breast Cancer Metastasis. Biochem. Biophys. Res. Comm. 394, 443-447
 
- Kim,J.H., Choi,H.J., Kim,B., Kim,M.H., Lee,J.M., Kim,I.S., Lee,M.H., Choi,S.J., Kim,K.I., Kim,S.I., Chung,C.H., and Baek,S.H. (2006) Roles of SUMOylation of a Reptin chromatin remodeling complex in cancer metastasis. Nature Cell Biol. 8, 631-639.


 

posted by 글쓴이 과학이야기

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