초록 ▼

연구목표_국문
분자생물학과 세포생물학에서 가장 중요한 기반을 이루는 학설은 DNA의 유전정보가 RNA를 거쳐 단백질로 합성되며, 이들 과정 중 RNA transcription 은 세포핵 내에서, 단백질 합성은 세포질내 리보좀에서 일어난다는 것이다. 본 과제는 세포핵 내에서 기능을 하는 단백질들의 일부는 세포질이 아닌 세포핵 내에서 합성 된다는 가설을 가지고 세포핵 내 단백질 합성에 대한 분자 세포학적 기작과 기능을 규명하고, 이러한 현상과 퇴행성 뇌질환과의 연관성을 연구하고자 함.

연구개발내용
[1 단계]

연구목표_국문
분자생물학과 세포생물학에서 가장 중요한 기반을 이루는 학설은 DNA의 유전정보가 RNA를 거쳐 단백질로 합성되며, 이들 과정 중 RNA transcription 은 세포핵 내에서, 단백질 합성은 세포질내 리보좀에서 일어난다는 것이다. 본 과제는 세포핵 내에서 기능을 하는 단백질들의 일부는 세포질이 아닌 세포핵 내에서 합성 된다는 가설을 가지고 세포핵 내 단백질 합성에 대한 분자 세포학적 기작과 기능을 규명하고, 이러한 현상과 퇴행성 뇌질환과의 연관성을 연구하고자 함.

연구개발내용
[1 단계] 세포핵 내 단백질 합성 존재 증명
• 세포핵 내 active ribosome 존재 증명
• 세포핵 내에서 mRNA 가 translation 됨을 증명
• 세포핵 내 새로운 단백질의 합성 증명
[2 단계] 세포핵 내에서 합성되는 단백질 동정
• 세포핵 내에 존재하는 단백질 동정
• 세포핵 내에 존재하는 ribosome 과 결합하는 mRNAs 동정
• 세포핵 내 합성 단백질과 세포질 내 합성 단백질의 유전자 분석
• 세포핵 내에 존재하는 단백질과 mRNA 비교 분석 및 이들 단백질의 세포핵 내 합성 증명
[3 단계] 세포핵 내 단백질 합성 기작 규명
• 세포핵 내에서 active 하게 존재하는 ribosome 과 세포질에서 기능을 하는 ribosome 비교 분석
• 세포핵과 세포질에서 ribosome heterogeneity 가 존재 하는지 확인
[4 단계] 세포핵 내 ribosome 역할 규명
• 세포핵 내 ribosome 이 단순히 단백질 합성에만 역할이 있는지, 또는 단백질 quality control 에 기여하는지, 아니면 새로운 enzymatic 기능을 가지고 있는지를 규명
[5 단계] 세포핵 내 단백질 합성과 퇴행성 뇌질환 연관 규명
• 퇴행성 뇌질환, 특히 헌팅톤 질환의 요인 단백질인 huntingtin 의 세포핵 내 합성과 세포질 합성의 비교 분석과 핵 내 toxicity 규명

연구개발 성과
￭ 본과제가 성공적으로 수행되면 단백질 합성은 세포질에서만 일어난다는 기존 개념을 파괴하는 세포핵 내 단백질 합성이라는 신개념의 도입
￭ 단백질의 기능과 역할을 다루는 분자생물학 및 세포 생물학에 기반을 둔 생명과학 및 의약계 전반에 새로운 학설의 확립
￭ 창의적이고, 독창적인 연구가설과 방법으로 세계적인 연구그룹으로 도약
￭ 질병 초래 단백질 인자들의 새로운 치료 방법과 신약개발 사업의 시너지 효과를 도입

활용 계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
▶ 핵 내 단백질 항상성 유지 방법의 새로운 이론 정립
▶ 퇴행성 뇌질환 연구에 새로운 치료 타겟 발굴 능력
▶ 단백질 항상성에 대한 분자생화학, 분자생물학, 세포생물학, 뇌신경학등 광범위한 분야 연구역량 개발
▶ 사회, 경제적 부담이 가중됨에도 불구하고 현재까지 퇴행성 뇌질환에 치료법은 미비
▶ 핵내 단백질 항상성 규명을 통한 신규 약물 개발 경우 사회, 경제적 보건의료 비용 급증을 해소할 수 있는 방안
▶ 퇴행성 뇌질환 뿐만아니라 여러 질환에 대한 새로운 치료 타겟을 발굴할 수 있음으로, 기술 수출로 인한 막대한 경제적 수익 창출이 가능할 것으로 기대

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose
Although it is widely accepted that mRNA translation takes place in the cytoplasm of eukaryotes, the possibility of nuclear mRNA translation in eukaryotic cells is still of intrigue and heavily debated. However, due to limitations in experimental tools, the presence of mRNA translation in

Purpose
Although it is widely accepted that mRNA translation takes place in the cytoplasm of eukaryotes, the possibility of nuclear mRNA translation in eukaryotic cells is still of intrigue and heavily debated. However, due to limitations in experimental tools, the presence of mRNA translation in the nucleus has not been properly addressed. This proposal uses a combination of innovative approaches to circumvent barriers that currently limit our ability to thoroughly investigate mRNA translation in the nucleus. The objectives of this proposal are to investigate if mRNA translation indeed occurs in the nucleus and to determine the underlying molecular mechanisms of mRNA translation in the nucleus

contents
Our central hypothesis is that proteins with functions exclusively in the nucleus or proteins with large molecular weights that cannot bind to importin or pass through nuclear pores by passive diffusion are translated from their mRNAs in the nucleus instead of having their mRNAs exported to the cytoplasm before translation. The rationale for the proposed research is that, once we know the molecular mechanism of the nuclear translation, this mechanism may be manipulated pharmacologically, resulting in new and innovative approaches to treat various diseases with defects in protein synthesis in cells. This hypothesis will be tested by pursuing three specific aims: (1) determine the existence of mRNA translation in the nucleus using imaging tools; (2) identify proteins synthesized in the nucleus; (3) investigate the molecular mechanism that distinguish mRNAs to be translated in the nucleus or in the cytoplasm. In addition, we will determine whether ribosomes working in the nucleus have different modification compared to those in the cytoplasm. In the pursue of the first aim, we will adopt four different imaging techniques such as Bimolecular fluorescent complementation (BiFC), tRNA FRET, translating RNA imaging by coat protein knock-off (TRICK), and fluorescent noncanonical amino acid tagging-proximity (FUNCAT-PLA) methods to determine nuclear translation. For the second aim, mRNAs that bind to ribosomes in the nucleus will be identified and protein identity will be determined. For the third aim, we will analyze the sequence of mRNAs translated in the nucleus and investigate ribosome heterogeneity in the nucleus.

Developement results
Nuclear translation will bring up many interesting questions in molecular biology, cell biology, as well as in evolution. How nuclear translation prevents the production of faulty proteins? Whether nuclear ribosomal activity is similar to that of cytoplasmic ribosomes. How does nuclear translation coordinate and communicate with cytoplasmic translation? What is the mechanism that distinguishes mRNAs to be translated in the nucleus or in the cytoplasm? Whether nuclear toxicity is related to faulty mRNA translation in the nucleus. Furthermore, nuclear translation also will bring the question about the origin of eukaryotes.

Expected Contribution
Our research will open up a new field in molecular biology and cell biology. Ultimately, this knowledge may be used to develop potential pharmacologic strategies that allow regulation of mRNA translation in order to treat various diseases associated with defects in protein misregulation.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발 목표 및 내용 ... 7
• 가. 최종목표 ... 7
• 나. 단계목표(당초목표 및 수정․보완 목표) ... 7
• 다. 당초 목표의 수정․보완(중요 연구변경) 사유 ... 7
• 라. 1단계 연차별 연구목표 및 내용 ... 8
• 2. 연구 추진전략 및 방법 ... 8
• 3. 주요 연구개발결과 ... 9
• 가. 계획대비 달성도 ... 9
• 나. 대표적 연구업적 ... 26
• 다. 현 단계 달성된 연구결과의 세계적 연구 위상 ... 27
• 라. 기타 계획하지 않은 연구성과 ... 27
• 마. 연구역량 향상 정도 ... 28
• 바. 세계적 연구리더로서 연구책임자의 성장 정도 ... 28
• 4. 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 28
• 5. 연구개발성과 현황 ... 29
• 6. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설․장비 현황 ... 34
• 7. 기타사항 ... 34
• 끝페이지 ... 35