책임교수 소개

[학력]

• 1999

  University of Texas- Houston Medical School 박사

• 1991

  한국과학 기술원 (KAIST) 석사

• 1989

  서강대학교 학사 (Magna Cum Laude)

실험실 구성원

Protein Biochemistry Lab Home Coming Day. 2019. 05

• 연구책임자 : 정광환
• 연구교수 : 최아름
• 박사과정 : 김세환, 심진곤, 조신규, Chuon Kimleng, Meas seanghum, Agustina Setiawati
• 석사과정 : 조현석

연구분야 소개

(1) 주요 연구분야

어떻게 생명체가 빛을 감지하는가 ?

생명체는 외부 빛의 자극으로부터 에너지를 얻거나 그 정보를 다양한 경로를 통해 세포 내부로 전달하며 살아간다. 동물의 눈에 존재하는 레티날(비타민A)을 가지고 있는 로돕신은 주로 가시광선의 빛을 감지하며 반응하는데, 이 로돕신은 고세균, 박테리아, 조류, 곰팡이 등 고등식물을 제외한 모든 생명체에 존재한다. 이러한 다양한 로돕신의 생체 내 기능을 생화학, 생물리학적 관점에서 연구하고 광인지 및 광에너지 변환 기작의 규명하고자 한다.

(2) 연구주제

1. 막단백질의 대량발현, 분리 정제

로돕신은 수용성 단백질이 아닌 막단백질이기 때문에 상대적으로 발현과 정제가 어렵다. 발현이 어려운 로돕신을 대장균에서 발현시키기 위해, 적절한 targeting sequence를 달거나 helix fusion을 시도한다. 대장균에서 발현이 되지 않는 막단백질은 곤충 혹은 동물세포에서 발현한다. 계면활성제 스크리닝을 통해 막단백질을 가용화시키는 적절한 detergent를 선택하고, his-tag 및 GST-tag purification 방법을 통해 분리 정제한다.

<대장균에서 대량발현 및 분리 정제한 미생물 로돕신>

2. 신호전달 단백질의 상호작용연구

광센서 단백질인 Anabaena sensory rhodopsin (ASR)이 광합성세균에서 발견되었다. ASR 및 그 전달자(transducer) 단백질의 신호전달 상호작용을 알아내기 위해 gel shift assay, ITC (Isothermal Titration Calorimetry), SPR (Surface Plasmon Resonance) 기술등을 사용하였으며, 그 기전을 규명하였다.

<신호전달 단백질의 상호작용 연구>

3. 광화학적 분석 (photochemical analysis)

확보된 단백질의 광인지 및 광신호 전달 등의 고유 특성을 연구하기 위해 UV/Visible spectroscopy, laser-induced flash photolysis 기술 등을 이용하여, 광흡수 파장을 분석하고 중간체 형성속도 (nanosecond scale)도 측정하고, pH 또는 온도변화에 따른 차이를 확인함으로써 단백질의 광화학적 특성을 규명할 수 있다.

<미생물 로돕신의 광학적 분석을 통한 광주기 제시>

4. 생물리학적 분석 (FTIR, Raman, solid-state NMR, 단백질 3차 구조분석)

이스라엘 와이즈만 연구소, 이스라엘 테크니온 연구소, 대만 국립대학교, 캐나다 구엘프대학교, 프랑스 CNRS 연구소, 이탈리아 시에나대학교 등의 우수 연구진과 활발한 공동연구를 진행 중이다.

<국외 우수 연구진과 공동연구>

5. 광변환 기작을 이용한 광바이오센서 제작

최근에 Tara76 지역에서 발견된 미생물 로돕신은 온도, 산성, 염기성, High salt 등에 모두 안정한 상태로 존재하면서 광변환 기작이 일어난다. 이 같은 성질을 이용해서 안정적인 광바이오센서 제작을 시도중이다.

<로돕신을 이용한 광바이오센서의 예>

대표 연구성과

▶최근논문

• 1. Ghosh M et al. (2019) Protein conformational alterations induced by the retinal excited state in proton and sodium pumping rhodopsins. Phys. Chem. Chem. Phys. (IF:3.567) 21(18):9450-9455.
• 2. Munro R et al. (2019) Biosynthetic Production of Fully Carbon-13 Labeled Retinal in E. coli for Structural and Functional Studies of Rhodopsins. J. Biomol. NMR. (IF:2.534) 73(1-2):49-58
• 3. Marín MDC et al. (2018) Fluorescence Enhancement of a Microbial Rhodopsin via Electronic Reprogramming. J. AM. CHEM. SOC. (IF:14.357) 141(1):262-271.
• 4. Tsogbadrakh O et al. (2018) Expression of Anabaena sensory rhodopsin is influenced by different codons of seven residues at the N-terminal region. Protein Expr. Purif. (IF:1.338) 151:1-8
• 5. Kim HA et al. (2018) Genome variations of evolved Escherichia coli ET8 with a rhodopsin-based phototrophic metabolism. Biotechnol. J. (IF:3.649) 13(7) e1700497.
• 6. Wang C et al. (2018) Enhancement of radionuclide bio-decontamination by screening highly efficient microalgae for Sr biomineralization. Lab Chip. (IF:5.995) 18(15): 2270-2278. (co-corresponding author)
• 7. Lee KY et al. (2018) Photosynthetic artificial organelles sustain and control ATP-dependent reactions in a photocellular system. Nature Biotechnology. (IF:41.667) online publication. (co-corresponding author)
• 8. Agathangelou D et al. (2018) Effect of point mutations on the ultrafast photo-isomerization of Anabaena sensory rhodopsin. Faraday Discuss. (IF:3.427) 207(0):55-75.
• 9. Pushkarev A et al. (2018) The use of a chimeric rhodopsin vector for the detection of new proteorhodopsins based on color. Front. Microbiol. (IF:4.076) 9:439.