유전체(게놈) 구조의 역동성 파악해 인간의 노화와 질병 조절할 수 있는 ‘Key’ 찾는다
유전체(게놈) 구조의 역동성 파악해 인간의 노화와 질병 조절할 수 있는 ‘Key’ 찾는다
  • 임성희 기자
  • 승인 2022.11.01 16:55
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유전체(게놈) 구조의 역동성 파악해 인간의 노화와 질병 조절할 수 있는 ‘Key’ 찾는다

 

김유리 대구경북과학기술원(DGIST) 뉴바이올로지학과 교수 / 후성유전체 단백질공학 연구실(사진=임성희 기자)
김유리 대구경북과학기술원(DGIST) 뉴바이올로지학과 교수 / 후성유전체 단백질공학 연구실(사진=임성희 기자)

 

분자 수준에서 인간 생명의 신비 파악
누구나 쉽게 접할 수 있는 유전체구조 연구를 위해

 

 

유전체, 즉 게놈(genome)은 한 생물체가 지닌 모든 유전정보의 집합체를 뜻한다. 유전체 연구는 염기서열과 유전자(gene)를 가지는 DNA, 그리고 다양한 단백질과 DNA 구조로 이루어진 염색질 등을 관찰대상으로 한다. 2003년 완성된 인간 게놈 프로젝트를 통해 인간의 DNA 염기서열 전체를 분석하였고, 약 2만 5천 개의 유전자가 있다는 것이 알려졌다. 20년이 지난 현재는 염기서열로서의 일차적인 유전정보 외에, 살아간 흔적을 남기는 이차적인 유전정보가(후성유전) 존재한다는 사실의 중요성이 부각되면서 후성유전체가 주관하는 인간 생명의 신비를 찾기 위한 연구가 초미의 관심사다. 

(사진=김유리 교수 제공)
(사진=김유리 교수 제공)

DNA가 3차원 염색체 구조 되는 과정 돕는 단백질인 ‘코헤신’ 역할 ‘단분자 이미징’으로 검증
유전정보를 포함하고 있는 DNA는 세포 내에 매우 빼곡하게 포장(packaging)되어 기능적인 3차원 구조를 가지게 된다. 이러한 유전체 구조를 형성하는 기본 형태는 고리 모양을 이루는 것인데, 이를 DNA looping이라고 한다. 과학자들은 DNA 고리를 만들 수 있는 분자 모터(molecular motor) 단백질로 ‘코헤신(cohesin)’을 주목했지만 심증만 있을 뿐 정확한 데이터가 없던 가운데, 2019년 김유리 교수가 미국에서 박사후과정으로 일할 때 코헤신이 어떻게 DNA loop을 형성하는지를 최초로 밝히며 Science 저널에 논문을 발표해 큰 반향을 일으켰다. “코헤신의 역할로 DNA loop이 형성되면서 유전자 발현에 영향을 미치기 때문에 그 기능을 정확히 규명하는 건 매우 중요한 연구였고, 저의 단분자 이미징 전문성을 활용해 그 성과를 이뤄낼 수 있었습니다” 김유리 교수는 단백질과 TIRF(전반사형광) 현미경을 다루는 기술에 장점이 있다고 밝혔다. TIRF 현미경으로 단분자 이미징을 하는데, 이를 위해선 단백질 등의 정제 및 생물리적 기술 숙련이 필요하다. 김 교수는 “박사과정을 통해 기술을 습득했고, 이 기술을 토대로 평소에 관심이 컸었던 유전체 구조에 대해 다뤄보고자 이와 같은 연구주제로 박사후과정을 지냈습니다”라고 덧붙였다. 2021년 2월 대구경북과학기술원에 부임해서는 유전체의 국소적, 총체적 구조 형성과 변화 메커니즘에 관여하는 필수 단백질들을 조절하는 연구를 진행하고 있다. “DNA loop의 형성과 풀림이 어떻게 변화하고 조절되는지 그 메커니즘은 아직 명확하지가 않아서 더 깊은 연구가 필요합니다. 그래서 현재는 코헤신 외 유전체 구조를 형성하는 단백질들의 역동성 조절과 그에 의한 유전자 발현인자들 간의 상호작용 및 원리 규명을 목표로 연구를 진행하고 있습니다”

(사진출처=프리픽)
(사진출처=프리픽)

유전체를 구성하는 단백질들의 역동성 아름다워, 분자 단위 기작 규명하고 싶어
김유리 교수는 단분자 이미징을 통해 관찰한 단백질들의 움직임이 아름답다고 표현했다. 형광물질로 표현되기에 색색의 이미지가 아름다운 그림처럼 비춰지는 것 같다. 중요한 건, 그 아름다움이 생명 현상의 기작을 밝혀내는 단서가 된다는 것이다. 그녀는 단분자 이미징 기술과 생물리적 분석 기법이 연구그룹의 중요한 포인트라며, 이를 통해 후성유전체 형성 메커니즘을 밝혀내고 싶다는 바람을 밝혔다. “현재 후성유전체의 역동성과 그 주체가 되는 단백질들의 역할은 주로 세포 유전학적인 관점에서 보고되고 있습니다”라며 본 연구그룹의 기술을 바탕으로 새로운 관점에서 분자 단위의 유전체 구조 원리와 유전자 발현 기작을 밝혀내겠다는 각오를 밝혔다. 인간의 질병과 노화는 후성유전체적인 요소라는 걸 알지만, 그 기작에 대한 명확한 답이 없어, 늙거나 병이 걸리는 건 아직 풀지 못한 인류의 숙제다. “후성유전체 연구가 발전한다면, 인간의 질병과 노화를 일으키는 유전자의 발현을 DNA 서열을 직접 바꾸지 않고도 억제하거나 혹은 억제되어있는 필요 유전자의 발현을 유도하는 방법으로 응용될 수 있을 것입니다. 우리 연구과제의 결과들로 밝혀지는 메커니즘과 지식이 의료산업은 물론, 사회 경제적으로도 큰 파급효과를 가져오리라 생각합니다” 김유리 교수는 후성유전체 단백질공학 분야가 널리 알려져 과학상식이 됐으면 좋겠다며, 중고생들이 쉽게 접하고 읽을 수 있는 책을 쓰고 싶다는 바람도 전했다.

김유리 교수는 인간의 노화와 질병 조절이라는 인류의 숙제를 같이 풀어 갈 호기심 많은 연구원을 기다린다며 후성유전 연구에 많은 학생이 관심을 두고 지원해주길 바랐다.(사진=임성희 기자)
김유리 교수는 인간의 노화와 질병 조절이라는 인류의 숙제를 같이 풀어 갈 호기심 많은 연구원을 기다린다며 후성유전 연구에 많은 학생이 관심을 두고 지원해주길 바랐다.(사진=임성희 기자)

“연구를 진행해 갈 수 있는 원동력은 ‘호기심’”
다양한 대외활동으로 여성과학자의 입지를 넓히는 데 이바지하고 싶다는 김유리 교수는 “여성 과학자에게 용기를 줄 수 있는 사회적인 분위기가 아직 많이 부족합니다. 호기심이 많고 창의적인 학생들이 대학원에 진학할 수 있도록 적극적인 지원이 필요합니다”라고 밝혔다. “대학에서 대학원으로는 점프가 아니라 한 발짝이라고 생각했으면 좋겠어요. 대학원에서의 연구 과정은 대학공부와는 많이 달라 결코 쉽지 않지만, 우연히 내디딘 그 한 발짝이 후에 진로를 결정하는 데 큰 도움이 될 것입니다” 
  김 교수는 현재 후성유전체 신진연구자로 주목받고 있지만, 10년 후에는 유전체 구조 생물리분야 전문가로 손꼽혔으면 좋겠다는 바람을 밝혔다. “인간 생명의 신비에 호기심이 많은 학생들과 같이 연구했으면 좋겠습니다. 많은 학생들의 관심과 지원 부탁합니다” 
 

 


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