한빛사 인터뷰
- 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명
Adaptive immune system에 비해 innate immune system은 최근에 와서야 많은 관심을 받아 연구가 진행되었고 그 중심에는 TLR family 연구가 있었습니다. TLR family는 박테리아의 endotoxin, 바이러스의 RNA 혹은 DNA 등 여러 가지 pathogen을 인식하는 pathogen-recognition-receptor로써 그 인식 메커니즘에 대해서는 많은 연구가 진행되어 왔지만 구조를 바탕으로 한 메커니즘 연구에는 많은 어려움을 겪어왔습니다. TLR family 중 가장 활발히 연구되고 있는 TLR4는 MD-2와 함께 co-receptor로 작용하여 박테리아의 endotoxin, 즉 LPS(lipopolysaccharide)를 인식하고 receptor의 구조 변화를 통하여 cellular signaling을 activation시킴으로써 여러 가지 cytokine들을 분비하게 되고 이에 따라 우리 몸이 박테리아에 대항하는 여러 면역 시스템이 활성화됩니다. 적절한 면역 시스템의 활성화는 박테리아를 제거하는 과정으로 진행되지만, 과도한 양의 박테리아가 갑작스럽게 감염이 될 경우 면역반응 활성화가 지나치게 이루어지게 되고 이는 장기 손상 및 쇼크를 유발하게 됩니다. 이것이 바로 병원 중환자의 주된 사망원인 중 하나인 패혈증 (sepsis) 이고 사망률이 약 20~40% 에 이릅니다.
본 연구는 생산하기 힘든 TLR4 단백질을 Hybrid LRR technique (LRR 단백질의 특징적인 sequense를 이용한 단백질 hybrid 기술)을 이용하여 다량 생산하였고, X-ray crystallography 방법으로 TLR4, TLR4-MD2 complex, TLR4-MD2-Eritoran (sepsis 치료제 후보물질)의 구조를 밝힘으로써 지금까지 알지 못했던 TLR4-MD-2의 endotoxin 인식 메커니즘과 Ligand induced-receptor activation 메커니즘을 이해할 수 있었습니다. 이는 TLR4뿐 아니라 다른 TLR family 연구에도 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대합니다.
- 연구과정에서 생긴 에피소드
MD-2 구조를 밝히기 위해 2003년부터 노력해 왔습니다. 물론 그때는 MD-2 단독의 구조에 관심을 갖고 있었고 결정을 구하기 위해 많은 시간을 들였습니다. 힘들게 결정을 얻어 구조를 풀어본 결과 다른 단백질의 구조가 나왔고 어디선가 실수로 sample 이 바뀌어 다른 단백질로 계속 연구가 진행되었다는 것을 알았습니다. 박사과정 졸업테마로 하던 연구였기에 상당히 상심도 크고 막막했던 순간이었습니다.
그 후 이 프로젝트를 잠시 접고 LRR family 중 하나인 hagfish의 Immunereceptor인 VLR ( variable lymphocyte receptor) 연구를 새로 진행하여 논문 발표를 하였습니다. VLR은 사람의 antibody 처럼 rearrangement 를 통하여 아주 다양한 variant를 만들 수 있고 이를 이용하여 다양한 antigen을 인식할 수 있지만 사람의 antibody의 구조와는 완전히 다르게 생겼습니다. LRR family의 구조적인 특징을 이용하여 VLR이 rearrangement를 한다는 점에서 착안하여 생산하기 힘든 TLR4과 VLR을 융합한 hybrid TLR4 단백질들을 만들게 되었고 이것을 " Hybrid LRR technique"로 발전시키게 되었습니다.
이 기술을 이용하여 TLR4 의 구조뿐 아니라 TLR4-MD2 complex 구조, 그리고 신약 후보물질인 Eritoran과 TLR4-MD2 complex 구조도 밝힐 수 있었고, 저희 랩의 다른 학생들도 Hybrid LRR technique를 통하여 다른 LRR family protein 연구에 상당한 진척을 이룰 수 있었습니다. 전화위복이란 말이 딱 맞을 것 같습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
저희 실험실은 kaist 면역구조 화학 연구실이며, 이지오 교수님의 지도 하에서 박사후 연구원 1명, 박사과정 4명, 석사과정 3명, 석사후 연구원 1명이 일하고 있습니다. 실험실 공간이 그리 넓고 깨끗하진 않지만 모든 실험이 효율적으로 이루어 질 수 있게 잘 갖추어진 랩 시스템 덕분에 실험실원 모두 좋은 연구들을 많이 진행하고 있습니다. 또한 연구열정이 높으시지만, 학생들이 자발적으로 열심히 하게끔 편안하게 해주시는 교수님으로부터 학문적인 것 뿐 아니라 많은 것을 배울 수 있다는 큰 장점이 있는 실험실입니다.
3. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
다른 생물학 연구도 그러하지만 단백질 구조 연구는 굉장히 경쟁이 심한 분야이고 또한 최초로 밝힌 구조가 아니면 크게 주목 받기 어렵기에 그 중압감이 상당히 큽니다. X-ray crystallography분야에서 일한 지 7년 정도, 그리 길지 않은 시간이었지만 벌써 3번의 scoop을 당했기에 연구하는 동안 항상 무엇엔가 쫓기는 듯한 느낌을 받을 때가 많았습니다. 좀 더 여유를 갖고 폭넓게 공부를 하지 못한 것이 아쉬움이 남기도 합니다. 생물학 전반에 걸친 넓은 시야와 자기 전공분야에 깊게 파고드는 열정, 이 둘을 함께 가질 때 좋은 연구자가 될 수 있지 않을까 생각합니다.
4. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
현재 많은 연구자들이 단백질 구조에 대해 연구를 하고 있고 특히나 한국에 계신 교수님들과 한국 연구자들은 X-ray crystallography 분야에서 좋은 연구 성과를 많이 내고 있습니다. 지금도 그렇지만 앞으로의 단백질 연구는 macrocomplex에서 단백질과 단백질 사이의 interaction을 이해하고 여기서 파생되는 생명 현상들을 이해하기 위해 더 많은 노력을 기울일 듯 합니다. 따라서 굉장히 powerful 한 tool인 X-ray crystallography의 힘만으로는 해결하지 못할 문제들이 많이 생겨날 것이고 이를 도와줄 수 있는 방법 중 하나가 single particle electron microscopy 입니다. 앞으로 저는 미국에서 전자현미경을 이용한 단백질 macrocomplex의 구조를 분석할 수 있는 기술을 배워서 X-ray crystallography와 상호 보완적으로 단백질 구조 연구를 진행해 보고 싶습니다.
5. 다른 하시고 싶은 이야기들...
우선 많은 가르침을 주시고 이 모든 연구가 빠른 시간 내에 이루어 질 수 있게 힘 써주신 이지오 교수님께 감사 드립니다. 그리고 생물과 박사과정학생이었던 저를 과감히 화학과로 보내서 새로운 X-ray crystallography라는 기술을 배울 수 있게 허락해주시고 많은 부분에서 뒷받침해주신 KAIST 유욱준 교수님께도 감사 드립니다. 마지막으로 경쟁을 이겨내기 위해 밤낮을 가리지 않고 저와 함께 고생한 박범석 형에게도 수고했다는 말 전하고 싶습니다.
Received for article September 21, 2007 |
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