1. 활성산소 (Reactive oxygen species)는 대사과정동안 발생되는 산소의 부산물로써 세포내/외 다양한 인자에 의해 생성된다. 세포내 활성산소의 증가는 산화 스트레스로 작용하기 때문에 핵산 뿐만 아니라 단백질의 손상, 변형 및 응집을 유도하여 구조와 기능 변화, 비특이적 상호작용, 응집체를 형성시킨다. 산화/변형 된단백질의 정상적인 형태로의 회복 또는 적절한 제거 과정은 세포의 정상적인 기능 유지에 중요하다. 이들 단백질들이 제거되지 못하고 비정상적으로 축적 되면, 세포 독성을 유발하여 암, 대사질환, 노화, 신경퇴행성질환 등 다양한 인간질병의 원인이 된다. 따라서 활성산 조절을 통한 세포내 레독스-항상성 유지는 매우 중요하다. 항산화 시스템 중 하나인 퍼옥시레독신 (Peroxiredoxins, Prxs)은 과산화수소를 물로 분해하는 peroxidase 기능 뿐만 아니라 스트레스에 의해 unfolding된 단백질을 보호하는 chaperone 기능을 가지고있다. 이러한 두 기능은 H₂O₂의 농도에 따라 구조적 변화와 함께 정교하게 조절된다.

 Figure 1. Catalytic cycle of typical 2-Cys Prxs (Antioxidants 2019, 8, 169)

2. Prx family 중 Prx1은 ROS 제거 능력 뿐만 아니라 RNA-결합 단백질 (RNA-binding protein; RBP)로서의 기능을 한다. 많은 RBP-RNA 상호작용 연구 중 HeLa cells, HEK293 cells 및 embryonic stem cells을 이용한 mRNA interactome분석에서 Prx1이 RBP 후보 단백질로 동정되었다. Prx1의 RBP로서의 타겟 RNAs 분석을 위한 시퀀싱과 검증연구를 통해 mRNA 뿐만 아니라 non-coding RNA인 small nucleolar RNAs (snoRNAs)와 결합하여 이들 snoRNAs의 발현을 전사 후 단계에서 조절한다. 더하여 Prx1의 레독스 상태에 따라 snoRNA-binding protein으로서의 활성이 조절된다.

 Figure 2. Regulation of Prx1-associated snoRNAs (Free. Radic. Biol. Med. 2019, 141:1-9)

1. 레독스-단백질의 질병연관인자 조절 연구: 활성산소 조절에 관련된 레독스-조절 단백질을 중심으로 암 및 대사질환 모델에서 활성산소-매개 신호전달경로의 조절 연구, 산화 및 변형된 단백질의 적절한 제거 및 회복을 통한 단백질 안정성 조절 연구를 통해 질병에서 레독스-항상성 조절의 중요성 규명.

2. 퍼옥시레독신-RNA 상호작용 연구: 다양한 스트레스에 의해 변화되는 세포내 환경 및 타겟 RNA 종류에 따른 레독스-조절 기전 규명을 통해 RNA 조절 측면에서 퍼옥시레독신 기능의 다양성 연구.

3. 항암제 내성의 레독스 조절 연구: 암세포의 항암제 내성 획득에 기여하는 조절 인자 발굴 및 내성 획득으로 변화된 세포내 레독스 상태의 조절 기전 규명.

- 안정동위원소 표지 배양 세포 (Stable Isotope labeling with Amino acid in Cell culture; SILAC)를 구축하여 단백질 마커를 정량적으로 분석/발굴하여 레독스 조절 기전 연구

- SILAC 세포주 확보: 대장암 세포주 4종, 유방암세포주 2종, 간암세포주 6종, 췌장암 세포주 2종, primary cell인 지방전구세포, 피부 섬유 아세포 등 다양한 종류의 안정동위원소 표지 배양 세포주 구축하여 표지 효율을 확인하였고, 추가적으로 계속 확보 중임.

4. 단백질 의약품 개발 연구: 단백질 의약품은 생체에서 대량으로 분리하기 어려운 치료용 단백질을 유전자 재조합을 통해 대장균, 효모, 동물세포 등에서 대량생산한 의약품임. 이러한 것에는 인슐린을 포함하여 성장호르몬, 인터페론, 항체 등 다양한 종류가 제품화되어 각종 질병에 널리 사용되고 있음. 또한 최근에는 단량체 단백질뿐만 아니라 2개의 단백질 (이종이량체) 및 그 이상이 조합된 단백질을 재조합하여 치료용 단백질 의약품으로 개발하는 연구가 활발함. 우리 연구실에서 최근 새롭게 시작한 연구 프로젝트로서 신규 및 변형된 단량체, 이종이량체 및 그 이상의 융합 단백질을 flexible linker를 활용하여 융합하여 대장균에서 발현 및 분리의 최적화를 통해 대량생산하고, 효능을 검증함으로써 인간 질병에 사용될 수 있는 단백질 의약품 개발 연구에 중점을 두고 확장해 나가고 있음.  

우리 연구실은 크게 1) 레독스-조절 단백질 중심으로 질병연관인자의 조절 기전을 이해하기 위해 세포주, 동물모델, 임상조직을 이용한 연구, 2) 단백질 의약품 개선을 위한 시스템 개발 연구에 중점을 두고 연구하고 있다.