초록 ▼

연구목표
(1) 단백질 구조예측 전 분야에서 세계적인 원천기술을 획득하고, (2) 이로부터 단백질 구조 및 기능을 밝힌다. 이로부터, 기존의 계산 방법이나 실험 연구만으로는 달성하기 힘든 연구결과를 달성한다. (3) 세계 최고 수준의 단백질 구조예측 서버를 구축하여 이를 국내 연구자들에게 우선적으로 제공한다. (4) 단백질-리간드, 단백질-단백질의 상호작용에 대한 연구를 원자수준과 세포 수준에서 수행한다. (5) 단백질 접힘 계산 및 기능을 수행하는 과정에서 일어나는 단백질의 구조 변환 연구를 원자 수준에서 이해하고자한다. (

연구목표
(1) 단백질 구조예측 전 분야에서 세계적인 원천기술을 획득하고, (2) 이로부터 단백질 구조 및 기능을 밝힌다. 이로부터, 기존의 계산 방법이나 실험 연구만으로는 달성하기 힘든 연구결과를 달성한다. (3) 세계 최고 수준의 단백질 구조예측 서버를 구축하여 이를 국내 연구자들에게 우선적으로 제공한다. (4) 단백질-리간드, 단백질-단백질의 상호작용에 대한 연구를 원자수준과 세포 수준에서 수행한다. (5) 단백질 접힘 계산 및 기능을 수행하는 과정에서 일어나는 단백질의 구조 변환 연구를 원자 수준에서 이해하고자한다. (6) 광역최적화 방법을 물질 디자인에 적용하여, 태양광 전지 등의 경우처럼, 원하는 특성을 지닌 신 물질을 디자인한다.

연구개발내용
단백질 구조예측 전 분야에서 세계적인 원천기술을 얻기 위해 다음 연구를 수행하였다. (1) FM과 TBM에 동시 적용 가능한 에너지 함수를 구현하였다. 특히, Lorentzian 함수를 사용한 restraint term을 구현하여, 불확실한 정보로부터 올 수 있는 문제를 해결하였다. 이렇게 만들어진 에너지 함수의 가중치를 최적화하였다. (2) 국내외 실험 연구자들과의 공동연구로 기존의 계산 방법이나 실험 연구만으로는 달성하기 힘든 연구결과를 도출하였다. 즉, 2개의 단백질 결정구조(4TN5, 4PNH)와 1개의 단백질-단백질 복합체 구조(5WQY)를 결정하였다. 또한 특정 효소 단백질의 스크리닝에 성공해서 기존의 단백질 보다 더 우수한 성능의 단백질을 얻었다. (3) 단백질 구조 예측 서버를 구축해서 국내 연구자에게 우선적으로 제공하였다. (4) 원자 수준에서 단백질-리간드 연구에 CSA방법을 적용하였다. 단백질-단백질 복합체 구조(5WQY)도 결정하였다. 단백질-단백질 상호작용 네트워크 연구를 위해 PPI network을 구현하고, Mod-CSA로 community detection 연구를 수행하였다. (5) 단백질 접힘 및 단백질 기능 수행 과정에서 일어나는 단백질의 구조 변환 연구를 ADMD 및 Structure-based modeling 으로 연구하였다. 특히, AdK의 구조 변화에 대한 연구로부터 처음으로 NMR backbone fluctuation을 측정한 결과와 일치하는 계산 결과를 얻었다. (6) CSA를 신 물질디자인에 적용하여 세계 최초로 직접-밴드 갭 실리콘 결정을 디자인하여 효율적인 광방출이 가능한 탄소 초격자 구조를 제안하였다.

연구개발 성과
(1)2016년 논문 발표를 통해서 발표된 CASP11에서의 FM과 TBM의 공인 final ranking에 의하면 본 연구단의 상대적인 단백질 구조예측 능력은 각각 세계 3위, 세계 1위이다. 이는 FM 분야에서 세계 최상위 수준이며 TBM에서는 세계 최고임을 뜻한다. (2) 기존의 계산 방법이나 실험 연구만으로는 달성하기 힘든 단백질의 X-ray 구조 3개를 얻었고, 단백질 screening을 성공적으로 수행하였다. (3) 단백질-리간드, 단백질-단백질에 대한 연구를 원자수준 그리고 세포수준에서 진행하였다. (4) 단백질 구조 모델링 관정에서 얻어진 아이디어를 AdK의 구조 변화에 대한 연구에 적용하여 처음으로 NMR backbone fluctuation을 측정한 결과와 일치하는 계산결과를 얻었다. (5)AMADEUS 신 물질 디자인 방법을 제안하였고, 세계 최초로 직접-밴드갭 실리콘 초격자 결정 등을 디자인하고 특허 등록하였다.

활용 계획 및 기대효과(500자내외)(응용분야 및 활용범위 포함)
본 연구단이 획득한 단백질 구조예측 원천기술은 국내 바이오 연구진 전반의 연구에 광범위하게 적용될 수 있다. 특히, 본 연구단에서 제공하는 단백질 구조 예측 서비스를 통해, 국내 바이오 연구진들이 손쉽게 세계 최고의 단백질 구조 예측 혜택을 받을 수 있다. 세포수준에서의 단백질-단백질 상호작용 네트워크 등과 같은 연구를 수행하는 국내 연구자는 Mod-CSA 서비스를 받아서 module detection을 수행할 수 있다. 상당한 실험 테이터를 확보하고도 의미 있는 연구 결과를 얻지 못하는 경우가 많다. 이 경우 위에서 언급한 것과 같은 공동 연구가 가능한 상황이다. 예를 들면 SAXS,SANS 같은 scattering data를 이용한 연구 성과 도출 등을 들 수 있다.

( 출처 : 한글요약문 6p )

Abstract ▼

Purpose
(1) To obtain a global-level technology in all fields of protein modeling. (2) To achieve results that are difficult to obtain by conventional methods or experimental studies alone. (3) To build a world-class protein modeling server. (4) To study protein-ligand, protein-protein interactio

Purpose
(1) To obtain a global-level technology in all fields of protein modeling. (2) To achieve results that are difficult to obtain by conventional methods or experimental studies alone. (3) To build a world-class protein modeling server. (4) To study protein-ligand, protein-protein interactions at the atomic and cellular levels. (5) To understand protein conformational changes at atomic level. (6) To design new materials with desired characteristics such as photovoltaic cells using CSA.

contents
1) We implemented an energy function that can be applied simultaneously to FM and TBM. In particular, we implemented a restraint term using the Lorentzian function to solve the problem that may arise from uncertain information. The weight of the energy function was optimized. (2) Cooperative research with experimental researchers at home and abroad has yielded research results that are difficult to achieve with conventional calculation methods or experimental studies. That is, two protein crystal structures (4TN5, 4PNH) and one protein-protein complex structure(5WQY) were determined. In addition, we succeeded in screening specific enzyme proteins to obtain proteins with better performance than existing proteins. (3) A protein modeling server was constructed and provided to domestic researchers. (4) CSA was applied to protein-ligand studies at the atomic level. We proposed Mod-CSA to study protein-protein interaction network. (5) Protein folding and protein-protein folding studies were studied by ADMD and Structure-based modeling. Especially, the results of calculations agree with those obtained by measuring NMR backbone fluctuation for the first time from the study of structural change of AdK. (6) Applying CSA to new material design, the world's first direct-bandgap Si crystal is designed to propose efficient photovoltaic cells.

Developement results
(1) According to the official final ranking of FM and TBM of CASP11, published in 2016, we are ranked at the 3rd and the first in the world, respectively. We achieved the world's highest level in protein modeling. (2) We obtained three X-ray structures of proteins that were difficult to achieve by conventional computation and experimental studies, and successfully performed protein screening. (3) Protein-ligand/protein were studied at the atomic and cellular levels. (4) We applied the idea obtained in protein modeling to the study of structural change of AdK, and obtained results which were consistent with NMR data for the first time. (5) We proposed a new material design method, and designed/patented the world's first direct-band gap Si superlattice crystal.

Expected Contribution
Our protein modeling technique can be applied to many biotechnology researches. In particular, through our protein modeling service, domestic biotech researchers can readily obtain the best protein modeling. Researchers conducting research such as protein-protein interaction networks at the cellular level can perform module detection through our Mod-CSA service. Research results using scattering data such as SAXS and SANS can be greatly improved by collaboration.

( 출처 : SUMMARY 7p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 목차 ... 4
• 연구계획 요약문 ... 5
• 연구결과 요약문 ... 6
• 한글 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 7
• 연구내용 및 결과 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 10
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 16
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 17
• 7. 대표적 연구실적 ... 17
• 8. 참고문헌 ... 18
• 9. 연구성과 ... 18
• 10. 연구기자재 현황 및 활용 ... 63
• 11. 기타사항 ... 64
• 별첨1. 대 표 연 구 성 과 ... 65
• 끝페이지 ... 83