막 단백질의 구조 연구

세포를 구성하고 있는 세포막은 세포안과 밖의 환경을 분리시키는 역할을 하고 있다. 세포막에 위치하고 있는 막 단백질은 세포막의 안과 밖의 환경변화에 반응 할 수 있는 막 단백질에 의해서 세포 내 기능 조절에 관여하고 있음

막 단백질의 기능의 연구가 현재 활발히 진행 중이며 막 단백질의 구조를 규명함에 따라 막 단백질의 기능 및 조절 기전에 대한 이해를 원자수준에서 이해를 할 수 있음

현재 많은 막 단백질들이 신약 후보물질의 주요 타깃으로 연구되고 있고, 본 연구실에서는 단백질결정의 X-선 회절을 이용한 구조 분석을 이용하여 막 단백질의 구조 및 기능을 연구 하고자 함

칼슘 유리채널 및 조절 단백질에 대한 연구

• 근육의 흥분-수축 연동 기전에 관련된 칼슘 유리 채널과 조절 단백질의 구조 연구
• 소포체/근소포체에서의 칼슘 유리 시스템의 조절 기전 연구
• 소포체/근소포체의 칼슘 유리채널과 연관된 근육 관련 질환 정보를 제공

소포체에서 unfolded protein과 misfolded protein의 세포질 방출에 관여하는 수송 단백질의 구조 연구

• 수송 단백질의 변형 단백질 및 기질에 인식 기전 연구
• 수송 단백질과 조절 단백질의 상호작용 기전 및 복합체 구조 연구

미토콘드리아의 칼슘 방출 관련 채널과 조절 단백질의 연구

• 미토콘드리아와 세포질 간의 칼슘 농도의 조절을 통한 세포의 기능 및 생존을 위한 필수 단백질의 삼차원 구조 규명.
• 미토콘드리아의 칼슘채널과 칼슘채널 조절 단백질의 작용 메커니즘의 규명.
• 단백질의 뮤타제네시스를 통한 채널의 오작동 예측 및 질병 발병의 정보 제공.
• 칼슘채널 상호작용에 관련한 칼슘 방출의 촉진 및 억제 물질과의 삼차원 복합구조 규명

G-단백질 결합 수용체의 구조적 접근

빛, 냄새, 맛, 그리고 호르몬은 진핵생물의 세포 세포막에 걸쳐 신호를 감지하고 transducing에 관한 중요 단백질 종으로서의 G-단백질 결합 수용체 (GPCRs)에 의해 감지됨. 지금까지 그리고 이후에도 유비쿼터스 GPCRs는 제약 방식에 의한 약물 타겟 연구에 초점을 맞추어 왔고 계속 진행될 것입니다. 그러나 천연상태 GPCRs가 이합체 또는 그 이상의 형태로 존재함에 반해, 몇 가지 X - 선 결정 구조에서는 비활성 형태인 단일 막 결합 수용체로 보고되어 왔습니다. 그래서 이를 해결하기 위해, 우리는 진핵세포 신호 전달에 관여하는 생리활성 과정을 이해하고자 GPCRs의 기본적 oligomeric 형태를 확인을 위한 아래와 같은 실험을 진행하려고 함.

• 활성화 GPCR의 oligomeric 형태 생화학 연구
• X-선 결정학을 이용한 이합체 GPCR 구조 분석
• 형광전이현상을 이용한 단백질과 단백질간의 상호 작용 예측
• 이러한 접근 방식은 새로운 GPCR 활성 약물의 개발을 돕는, 잠재적 GPCR 타겟리간드의 효율적인 물질 개발에 모델로서 제시될 수 있음.

DNA replication System 관련 연구

박테리오파지를 이용한 DNA replication system 의 구조와 기능 연구

• 개체가 가진 모든 생물학적 정보의 저장 물질인 DNA는 상보적 이중 나선 형태를 취하며 이러한 특성으로 인한 양방향성 때문에 복제 중 replication fork라는 독특한 형태를 나타내게 되는데, 이는 동·식물 및 미생물에 이르기까지 모든 생물에 걸쳐 공통적으로 발견되며 replisome이라 불리는 단백질 군에 의해 복잡하게 조절됨
• 현재 DNA 복제 기전에 대한 구조생물학 연구가 대장균을 중심으로 진행되어 왔으나, 장내 박테리오파지 RB69 및 T4 시스템은 인간 시스템과 높은 유사성을 가지며 생화학 연구가 활발히 진행 중인 모델 시스템으로, replisome에 대한 구조-기능 연구를 원활하게 수행하기 위해 삼차구조규명 대상으로 박테리오파지 RB69 및 T4를 선정함
• Replisome 중 DNA 합성을 담당하는 소집단인 replicase 및 지연 가닥의 복제를 담당하는 또 다른 소집단인 primosome을 구성하는 다양한 단백질 및 DNA가 형성하는 3중 복합체의 결정 구조를 규명하고 추가적인 분자생물학/생화학/생물물리학적 연구를 통해 replisome의 구성 단백질 간 상호작용, 기질인 DNA의 인식 및 합성 기전을 분자 수준에서 연구
• 손상된 형태의 DNA와 replisome 구성 단백질이 형성하는 복합체 구조 연구를 수행하여 replisome의 DNA 복구 기전을 규명하고 단백질 공학을 통해 DNA 교정 기능의 향상 방안을 연구하며 구조-기반 신약 선도물질을 도출

진핵생물의 DNA replication system 에 관한 구조 및 기능 연구

• 유전정보를 전달하기 위해서 모든 생명체는 세포분열을 통해 그들의 유전물질을 정확하게 복제해야만 함. 그러므로 DNA 복제 및 수선관련 단백질에 관한 연구는 DNA 복제과정 동안 유전자가 어떻게 안전하게 유지되는지를 이해하는 데 도움이 됨.
• 인간유전자중에서 대략 29가지의 DNA 중합효소가 존재하는 것으로 밝혀졌으며 그 중 세 가지의 replicative DNA 중합효소, 즉 DNA 중합효소 α, δ, ε 이 replication fork를 이루는 중요한 효소로 알려져 있으며, 이는 진핵생물에 존재하는 DNA 중합효소 연구에 있어서 모델시스템으로써 활발히 연구가 진행되고 있는 박테리오파지RB69 DNA 중합효소와 같은 B 그룹에 속한다고 알려져 있음. 그에 반해 현재까지 진핵생물이 지니는 DNA 중합효소에 대한 구조적 정보는 복제 메카니즘을 이해하기에는 충분하지 못한 상황임.
• 유전정보의 복제, 전사 및 리보좀에 의한 번역과정에 관련된 생체고분자 복합체의 구조-기능 연구
  • - DNA 중합효소 및 RNA 중합효소의 oligonucleotide 복합체 구조연구를 통한 유전정보의 복제, 전사기전 규명
  • - Replication system 에 의해 발생하는 유전질환과 관련된 신약 개발에 적용

3차원 단백질 구조기반 신약 디자인

• 타깃 단백질과 신약 후보물질간의 3차원 X-선 단백질 복합체 구조의 규명
• 원자 수준에서의 단백질과 신약 후보물질간의 상호작용 메커니즘의 규명
• 구조기반 연구뿐만 아니라, ITC 및 SPR 실험 등의 생화학 실험과 세포 및 동물실험의 조화를 통하여, 타깃 단백질의 친화도, 효용성 그리고 안정성이 향상된 신약 후보물질의 디자인 및 개발
• 축적된 연구 성과와 기술의 이전을 통한 의학 및 약학 산업에서의 구조기반 신약 디자인 정보 상용화