-
이효철 교수팀, 물에 녹은단백질 모양 변화 실시간 관찰 성공
- 관련 논문, 9월 22일(일)자 네이처 메서드(Nature Methods)誌 게재- 단백질의 작동메커니즘 규명에 중요한 도구 역할 및 신약개발에도 큰 도움 줄 것으로 기대
KAIST(총장 서남표) 화학과 이효철(李效澈, 36) 교수팀이 ‘물에서 변하는 단백질 분자구조를 실시간으로 규명’ 하는데 성공했다. 관련 논문은 네이처 자매지인 네이처 메서드(Nature Methods)誌 9월 22일자 온라인 판에 게재됐고 10월호에 출판될 예정이다.
논문의 제목은 “시간분해 엑스선 산란을 이용한 용액상의 단백질의 구조동역학 추적(Tracking the structural dynamics of proteins in solution using time-resolved wide-angle X-ray scattering)”으로 온라인에 게재되는 논문들 중에서도 특히 주목받는 하이라이트 논문으로 소개될 예정이다. 李 교수는 이 논문의 교신저자다.
이번 연구결과는 李 교수팀의 집념의 산물이라 할 수 있다. 李 교수팀은 지난 2005년 5월, 소금처럼 딱딱하게 고체상으로 굳어 있는 상태에서의 단백질의 안정적인 구조만을 볼 수 있는 기존의 방법을 시간분해 엑스선 결정법으로 발전시켜, 정지되어 있는 단백질의 구조뿐 만 아니라 움직이는 단백질의 동영상을 촬영하는데 성공했다. 관련 논문은 미국 국립과학원회보(PNAS, Proceedings of National Academy of Science)에 발표되었으며, 학계의 큰 주목을 받았다.
그러나 이 방법으로도 해결할 수 없는 치명적인 문제는 우리 몸에서 작용하는 일반적인 단백질은 고체상으로 있지 않고 물에 녹아있는 용액상태라는 점이다. 마치 고체 소금이 물에 녹아 소금물이 되는 것과 같은 원리다. 물은 인간의 몸의 약 70% 이상을 차지하고 있고 생명 유지에 필수적인 단백질들은 물에 녹아 있는 상태로 존재한다고 볼 수 있다. 따라서 단백질이 어떻게 기능을 발휘하는 지를 실시간으로 관측하기 위해서는 물에 녹아 있는 단백질 분자의 모양 변화를 실시간으로 추적할 수 있는 기술이 필요하다.
이러한 목표를 향한 첫 열매로 물에 녹아 있는 간단한 유기분자의 구조변화를 실시간 측정하는 데 성공하였으며, 관련 연구논문이 2005년 7월 사이언스(Science)誌에 발표된 바 있다. 당시 이 연구결과는 용액상에서 분자의 움직임을 실시간 추적할 수 있다는 점 때문에 많은 관심을 불러 일으켰는데, 李 교수는 그 기술을 더욱 발전시키면 단백질에도 응용 가능할 것으로 전망했다. 그러나 일반적으로 단백질은 그 당시 성공한 유기분자보다 적어도 1,000배 정도 크고 구조가 훨씬 더 복잡할 뿐 아니라 훨씬 적은 양으로 존재하기 때문에 물에 녹아 있는 단백질에서도 성공할 수 있다는 것에는 많은 과학자들이 회의적으로 생각했다.
이번 네이처 메서드誌에 발표한 연구결과는 그러한 부정적인 생각을 깨고 기존에 성공한 유기분자보다 ‘1,000배 더 큰 단백질 분자가 물에 녹아 있을 때에 이들의 3차원 구조변화를 실시간으로 관측하는데 성공’한 획기적인 연구성과다. 논문에서는 3가지 종류의 단백질에 대한 연구결과를 발표했는데, 우리 몸에서 산소를 이동하는데 중요한 헤모글로빈 단백질과, 근육에서의 산소공급에 관여하는 미오글로빈 단백질 등이다. 이 외에도 단백질은 주로 접혀있어 특정한 구조를 형성하는데 환경이 바뀌면 이 구조가 풀리게 된다. 풀려 있는 단백질은 일반적으로 제 역할을 할 수 없어 이러한 단백질의 접힘-풀림 현상을 이해하는 것은 매우 중요한데 씨토크롬씨라는 단백질이 풀린 상태에서 접히는 과정도 실시간으로 추적하는데 성공하였다.
이 새로운 기술을 사용하면 물에서 움직이는 단백질의 동영상을 촬영할 수도 있어 단백질의 작동메커니즘을 밝히는 데에 중요한 도구가 될 것이며, 앞으로 신약개발을 하는 데에도 큰 도움을 줄 것으로 기대된다. 또한 이 기술은 단백질은 물론이고 나노물질에도 응용이 가능하므로 BT뿐만 아니라 NT분야에도 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
이 연구는 교육과학기술부의 창의적연구진흥사업의 연구비 지원으로 진행되었다. 연구결과는 유럽연합방사광가속기센터에서 측정되었으며, 李 교수의 주도하에 이뤄진 국제적인 공동연구의 성과다.
李 교수는 “현재 포항에 있는 제3세대 가속기에 이어 한국에서도 차세대 광원으로 건설이 논의되고 있는 제4세대 방사광가속기(XFEL)가 성공적으로 가동되면, 현재 발표된 데이터보다 적어도 1,000배정도 더 좋은 데이터를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.”고 밝혔다.
<이효철 교수 프로필>
■ 학 력
1990 경남과학고 2년 수료, KAIST 화학과 학사과정 입학
1994 KAIST 화학과 학사과정 졸업
1994 Caltech(California Institute of Technology) 박사과정 입학
2001 Caltech 졸업(박사)
2001 시카고 대학 박사 후 연구원(Post Doc.)
2003.8.1-2007.2.28 KAIST 화학과 조교수 2007.3.1-현재 KAIST 화학과 부교수
■ 수상경력
2006 젊은 과학자상(과학기술부/한국과학기술한림원)
2006 과학기술우수논문상(한국과학기술단체총연합회)
2006 KAIST 학술상 2001-2003 美國 대먼 러년 암재단(Damon Runyon Cancer Research Foundation)펠로우쉽
(설명) 시간분해 엑스선 산란의 개념을 예술적으로 표현한 그림
2008.09.22
조회수 22267
-
움직이는 단백질 구조 실시간 규명
단백질 동영상 촬영, 신약 개발에 큰 도움이효철 교수, 미국 국립과학원 회보(PNAS) 2일자 발표
KAIST 화학과 이효철(李效澈, 33) 교수가 움직이는 단백질의 구조를 실시간으로 규명하는데 성공했고 관련 논문이 세계적인 저널인 미국 국립과학원회보(PNAS, Proceedings of National Academy of Science) 5월 2일자로 게재되고, 그 우수성을 입증받아 ‘이 주의 논문’으로도 채택됐다.
일반적으로 단백질의 삼차원 구조는 엑스선 결정법 (X-ray Crystallography)을 사용해서 밝혀내게 되는데 이 방법으로는 정지되어 있는 단백질의 안정적인 구조만을 볼 수 있다.
李 교수팀은 엑스선 결정법을 더욱 발전시킨 방식인 시간분해 엑스선 회절법이란 방식을 이용했다. 이는 정지되어 있는 단백질의 구조뿐 만 아니라 작동하고 있는 단백질의 동적인 구조까지도 밝혀낼 수 있는 획기적인 방식이다.
이 새로운 기술을 사용하면 움직이는 단백질의 동영상을 촬영할 수도 있어 단백질의 작동기작을 밝히는 데에 중요한 도구가 될 것이며 앞으로 신약개발을 하는 데에도 큰 도움을 줄 것으로 보인다. 또한 이 기술은 단백질뿐 아니라 나노물질에도 응용 가능하므로 BT뿐만 아니라 NT분야에도 기여할 수 있을 것으로 보인다.
이 연구결과는 미국의 아르곤 국립연구소의 APS 가속기와 유럽연합방사광가속기 (ESRF) 센터에서 측정되었으며 李 교수의 주도하에 이루어진 국제적인 공동연구의 결과라 할 수 있다.
2005.05.04
조회수 18098
-
박사과정 이주평 씨, 국제학회 "최고논문상" 수상
박사과정 이주평 씨 IEEE RTAS 국제학회 "최고논문상" 수상
우리학교 전자전산학과 컴퓨터공학연구실의 박사과정 학생인 이주평(李柱坪, 26, 지도교수 박규호) 씨가 최근 미국 샌프란시스코에서 열린 실시간 기술 및 임베디드 기술 분야의 세계적 학술행사인 제 11회 IEEE RTAS 국제학회에서 최고논문상을 수상했다.
최고논문상(Best Paper Award)은 실시간 시스템과 임베디드 분야에서의 뛰어난 업적을 인정하여 국제전기전자기술협회(IEEE) 컴퓨터연구회(Computer Society) 산하 관련 분야 전문가들이 수여하는 상이다. 李 씨는 "임베디드 리눅스의 실시간 성능을 향상시키기 위한 임계영역 진입 지연 기법"에 대한 연구로 그 영예를 안았다.
IEEE RTAS(Real-Time and Embedded Technology and Application Symposium) 학술대회는 IEEE가 매년 주최하는 행사로, 이번에 개최된 제11회 학술대회는 지난 3월 7일부터 10일까지 3박4일간의 일정으로 미국 샌프란시스코에서 개최됐다. 이번 학회는 미국을 비롯한 영국, 프랑스, 독일, 이탈리아, 스웨덴 등 유럽의 여러나라와 일본, 싱가폴, 대만 등 약 20여개국에서 200여명의 관련학자들이 참여한 학술행사였다.
이주평 박사과정 수상 개요
논문제목 :
임베디드 리눅스의 실시간 성능을 향상시키기 위한 임계영역 진입 지연 기법 (Delayed Locking Technique for Improving Real-Time Performance of Embedded Linux by Prediction of Timer Interrupt)
논문저자 :
제 1저자 : 이주평(KAIST 전자전산학과 박사과정 3년차)
제 2저자 : 박규호(지도교수)
논문내용 :
이 논문에서는 임베디드 리눅스의 실시간 성능을 향상시키기 위한 새로운 기법인 "임계영역 진입 지연 기법"을 제안한다. 이 기법은 일반 프로세스가 임계영역으로 진입하기 이전에 임계영역으로의 진입 및 실행이 미래의 실시간 프로세스의 스케쥴링을 방해할 것으로 예측되는 경우 임계영역으로의 진입을 거부하고 임계영역이 차후에 실행되게 하는 기법으로써 이를 통해 타이머 인터럽트에 의해 정확한 시간에 깨어나서 바로 실행되어야 하는 실시간 프로세스의 스케쥴링 지연시간을 상당히 줄여준다. 이 기법의 성능을 측정하기 위해 기존의 리눅스 2.4.18 커널을 수정하고 새로운 모듈을 더하여 프로토타입을 구현하였다. 성능측정 결과 임계영역 진입 지연 기법을 적용한 경우 스케쥴링 지연시간이 기존방식의 23% 이하로 줄어듬을 확인했다.
최우수논문상 선정 이유 :
그동안 임베디드 리눅스의 큰 문제점으로 지목되어 왔던 실시간성 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 기법과 이를 실제 시스템에서 쉽게 구현하기 위한 방법을 함께 제시함으로써 매우 실용적인 논문으로 평가받았다.
참고자료 :
1. 올해 IEEE RTAS 학회에 제출된 총 논문편수 : 158편
2. 이중 채택된 논문편수 : 53편
미국 : 32편 / 이탈리아 : 3편
프랑스, 독일, 스웨덴, 오스트리아 : 각 2편스위스, 홍콩, 일본, 네덜란드, 캐나다, 영국, 스페인, 대만, 한국, 싱가폴 : 각 1편
3. 참고사이트 (학회 사이트) http://www.cis.upenn.edu/rtas05/
2005.03.22
조회수 21313