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윤태영 교수는 전자공학에 바탕을 두고 액정 디스플레이를 연구하면서 박사학위 연구를 시작하였다. 한 곳에 머무르지 않고 호기심을 쫓아 계속 새로운 주제를 연구하다 보니, 이제는 세포막과 그 세포막에 위치하는 ‘막 단백질’들을 분자생물학적으로 연구하는 자리에 이르렀다.
카이스트 물리학과에서 10년 가까이 근무하면서 물리학적 관점에서 세포막을 연구하려고 노력하였고, 지금은 서울대학교 생명과학부로 자리를 옮겨 보다 근원적인 생물학적 입장에서 세포막과 세포막의 단백질 장치들을 이해하려 하고 있다. 특히 세포막에 존재하는 막 단백질들은 그 연구의 어려움으로 물에 녹는 수용성 단백질들에 비하여 상대적으로 연구가 덜 진행되어 있다. 윤태영 교수의 앞으로의 계획은 기존과는 다른 새로운 관점과 방법론을 통하여 베일에 가려져 있는 막 단백질들의 신비를 조금이라도 파헤치는 것이다.
세포막이란?
세포막은 세포를 둘러싸는 성벽이며, 세포막에 존재하는 막 단백질들은 세포 내외로 드나드는 유무형의 정보의 흐름을 관할하는 성문이다. 고대의 전쟁에서 성문을 뺏기 위하여 치열한 전쟁이 벌어졌듯이, 우리 몸은 건강을 지키기 위하여 바이러스, 세균 그리고 암세포들과 같은 병원체들과 세포막과 세포막 단백질들을 놓고 치열한 전투를 벌이고 있다.
본 강연에서는 세포막과 막 단백질들에 대한 최근의 발견들을 생물물리학과 분자 생물학적 관점에서 소개한다. 특히 이렇게 밝혀진 세포막과 막 단백질들에 관한 과학적 사실들을 이용하여 과학자들이 어떻게 암과 AIDS와 같은 무서운 질병들과 싸우고 또 새로운 치료법을 제시하는지를 소개하고자 한다.
<막단백질>
Part 1: 세포막 연구의 역사와 발전
1-1. 지난 100년간 세포막 연구가 어떻게 발전하여 왔는지를 소개한다.
1-2. 세포막이 물리화학적으로 지질분자의 이중막으로 이루어져 있으며 ‘자발적으로 형성된 이차원 유체 self-assembled two-dimensional fluid’인 것을 소개한다.
1-3. 세포막에 대한 최초의 분자생물학적 얼개를 제공한 1972년의 Singer와 Nicolson의 ‘Fluid Mosaic Model’을 소개한 후, 2000년대 초반에 많은 관심을 받았던 ‘lipid raft’ 학설을 소개한다. 최종적으로 현재 세포막의 구조를 어떻게 이해하고 있는지를 소개한다.
Part 2: 세포막의 수문장들: 막 단백질
2-1. 막 단백질에 대한 기본적인 소개와 함께, 소포체(Endoplasmic reticulum)에서 막 단백질의 형성(co-translational insertion)되어 막 단백질이 기능하는 위치까지 어떻게 이동하는지 막 단백질 수송(membrane traffic)에 관해 알려진 기본적인 지식을 제공한다.
2-2. 성장호르몬 수용체(Growth factor receptor)들을 모델로 세포들이 어떻게 막 단백질들을 통하여 통신하고, 성장호르몬이 이들 리셉터 단백질들에 붙었을 때 어떠한 과정을 통하여 무형의 정보가 세포 신호전달 회로(cell signaling circuit)를 통하여 전파되는지를 소개한다.
2-3. 스네어(SNARE) 단백질과 그 결합체를 중심으로 앞서 2-1에서 소개한 막 단백질 수송(membrane traffic)이 어떻게 분자생물학적으로 구현되는지를 소개한다. 이것이 극단적으로 발달한 형태인 신경전달물질 수송(neurotransmitter release)을 모델로 현재의 분자생물학적 이해를 가능하게 한 Schekman과 Rothman 그룹들의 기념비적인 실험들을 소개한다. 그리고 우리 연구팀이 2015년에 밝혀낸 스네어 결합체의 분해원리도 소개한다.
Part 3: 세포막을 둘러싼 물러설 수 없는 한판승부
3-1. 막 단백질들은 세포를 드나드는 유무형의 정보를 관할하는 수문장들로, 현대의학은 이러한 막 단백질들을 적극적으로 이용함으로써 치료하기 어려운 질병들을 공략하고 있다.
3-2. 그 간단한 실례로서 스네어 단백질을 끊는 보톡스를 이용한 미용적 의료적 응용을 소개한다.
3-3. 마지막으로 앞서 소개한 성장호르몬 수용체를 표적으로 하는 항암치료와 시간이 허락한다면 T-세포 수용체를 이용한 항암 면역치료를 소개한다.
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