초록 ▼

□ 연구개요
세포분열은 가장 근원적인 생명현상으로서, 유전물질이 복제되고 이를 포함한 세포의 내용물이 두 개의 딸세포로 나뉘는 정교한 과정이다. DNA는 세포의 크기보다 수백 배에서 수만 배 긴 매우 장대한 polymer임에도 불구하고 엉킴이나 절단이 없이 정교하게 두 개의 딸세포로 양분되는 현상은 생명과학 분야에서 대표적인 불가사의로 남아있다. 본 연구의 목표는 이러한 세포분열과정에 있어 필수적인 염색체 유지과정의 하나인 고차원 (higher-order) 염색체 응축에 관여하는 단백질 복합체, 즉 condensin의 작용 기

□ 연구개요
세포분열은 가장 근원적인 생명현상으로서, 유전물질이 복제되고 이를 포함한 세포의 내용물이 두 개의 딸세포로 나뉘는 정교한 과정이다. DNA는 세포의 크기보다 수백 배에서 수만 배 긴 매우 장대한 polymer임에도 불구하고 엉킴이나 절단이 없이 정교하게 두 개의 딸세포로 양분되는 현상은 생명과학 분야에서 대표적인 불가사의로 남아있다. 본 연구의 목표는 이러한 세포분열과정에 있어 필수적인 염색체 유지과정의 하나인 고차원 (higher-order) 염색체 응축에 관여하는 단백질 복합체, 즉 condensin의 작용 기작을 분자 수준에서 밝히는 데에 있었다. Condensin은 Smc와 kleisin으로 구성된 단백질로서, ATPase 기능을 통해 DNA와 상호작용하는 것이 알려져있으나 자세한 분자기작은 아직 미지의 영역으로 남아있었다. 중견연구 지원 기간동안 우리는 서로 상이한 특징을 가지는 원핵생물과 진핵생물 condensin의 분자적 작용기작을 규명하기 위해 구조생화학적 연구를 진행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
중견연구 지원기간동안 우리의 목표는 원핵생물과 진핵생물 condensin의 구조생화학적 실험을 통해 이들의 분자 메커니즘을 규명하는 것이었으며, 상당한 성과를 이루었다. 특히 원핵생물 condensin에 대한 중요한 분자메커니즘을 규명하였으며, 정제 및 결정화가 매우 어려운 진핵생물 condensin의 중요한 subcomplex를 일부 결정화에 성공하였다.
원핵생물 Smc에 대한 구조적 연구를 통해, 아직까지 밝혀지지 않았던 Smc의 coiled-coil 부분의 구조를 모두 규명하였고, 이를 통해 Smc의 전체구조를 reconstruction함으로써 condensin이 ATP를 분해하면서 coiled-coil 사이로 DNA를 끼워넣어 DNA loop extrusion 현상을 일으킨다는 상세한 분자 메커니즘을 제시하였다. 뿐만 아니라 Pyrococcus 등 일부 고세균 군에서만 기능하는 것으로 보이는 새로운 condensin 소단위체 후보의 구조를 규명하였다.
진핵생물 condensin의 경우, 다양한 생물종에 대해 결정화에 적합한 단백질 절편을 만들어 정제 및 결정화를 시도한 끝에, zebra fish condensin의 다양한 subcomplex에 대한 정제에 성공하였으며 좋은 결정을 얻을 수 있었다.

□ 연구개발결과의 중요성
염색체 응축은 chromosome dynamics의 가장 대표적이고 극적인 현상이다. Condensin은 염색체의 응축을 조절함으로써 염색체의 안정성에 기여하는 단백질로, 원핵, 진핵세포에서 일어나는 염색체 응축 기작을 분자수준에서 규명하려는 본 연구는 생물학 전반에 걸쳐 가장 기초적이고 큰 의문을 해결하려는 시도였다. Condensin complex는 모두 2 MDa 이상의 크기이며 진핵세포의 Condensin은 5 MDa에 이르러 그 구조 규명이 매우 어려운 과제이나 지금까지는 불가사의한 higher-order chromosome condensation 기작을 이해하는데 필수적이다. 이러한 condensin의 분자 기작을 밝히기 위한 연구가 우리 뿐 아니라 세계적으로 다양하게 시도되어왔으며, 최근 들어 학계의 관심도 커지고 있다.
Condensin의 소단위체 중에서도 Smc는 ATP 분해효소이며 DNA 응축에 필수적인 기능을 한다고 알려져있으며, 우리는 원핵생물 내에서 기능하는 Smc의 전체 구조를 규명함으로써 condensin들의 작용기작에 대한 중요한 연구 성과를 내었다. 뿐만 아니라 진핵생물 condensin의 일부 subcomplex를 정제하고 결정화함으로써, 진핵생물내에서 기능하는 후속 연구를 통해 진행할 진핵생물 condensin에 대한 중요한 단초를 제공하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• (1) Prokaryotic condensin coiled coil의 분자구조 규명 ... 6
• (2) Prokaryotic Smc의 전체 구조 reconstruction ... 6
• (3) 일부 고세균 군에서 기능하는 새로운 condensin class의 subcomplex 구조 규명 ... 11
• (4) Eukaryotic Condensin subunit과 subcomplex들의 정제 및 결정화 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 20