이 연구 주제는 세포가 DNA를 정확하게 복제하는 과정에서 발생하는 다양한 스트레스 상황을 어떻게 감지하고 극복하는지 규명하는 데 초점을 둔다. DNA 복제 스트레스는 비정상적인 DNA 구조, 복제하기 어려운 염기서열, 전사와 복제 기계 간 충돌 등으로 인해 발생하며, 이를 적절히 처리하지 못하면 복제 분기점 붕괴, 이중가닥 절단, 염색체 불안정성으로 이어진다. 연구실은 이러한 현상이 암 발생과 세포 기능 이상에 어떤 분자적 기반을 제공하는지 이해하고자 한다. 특히 이 연구실은 PCNA와 ATAD5를 중심으로 복제 포크의 안정성 유지 기전을 분석한다. PCNA는 DNA 중합효소의 활성을 보조하는 핵심 클램프 단백질이며, 적절한 시점에 DNA에서 적재되고 제거되어야 복제가 정상적으로 진행된다. 연구실은 RFC 및 RFC-like complex의 작동 원리, ATAD5에 의한 PCNA 언로딩, 그리고 이러한 과정이 복제 정지 상황에서 RAD51 동원 및 복제 재시작과 어떻게 연결되는지를 분자 수준에서 밝히고 있다. 이 연구는 단순한 기초 생물학을 넘어 유전체 불안정성과 질병의 연관성을 이해하는 데 중요한 의미를 가진다. 복제 스트레스에 대한 세포의 대응 기전을 정밀하게 해석함으로써 암세포의 취약성을 찾고, DNA 손상 반응 경로를 표적으로 하는 새로운 치료 전략의 이론적 기반을 제공할 수 있다. 향후에는 hard-to-replicate 영역과 내재적 비정형 DNA 구조가 복제 스트레스를 유발하는 세부 기작을 규명하여 유전체 항상성 유지의 통합 모델을 제시할 가능성이 크다.

이 연구 주제는 DNA 손상 이후 세포가 복제와 복구를 조정하는 핵심 신호로서 PCNA의 변형, 특히 유비퀴틴화가 어떤 기능을 수행하는지 밝히는 데 중점을 둔다. PCNA는 단순한 복제 보조 인자를 넘어 손상 상황에서 다양한 복구 단백질을 모집하는 플랫폼 역할을 하며, 그 유비퀴틴화 상태에 따라 돌연변이 유발형 우회 복제 또는 비교적 정확한 손상 회피 경로가 활성화될 수 있다. 따라서 PCNA의 변형과 제거는 유전체 안정성 유지에 핵심적인 분자 스위치라 할 수 있다. 연구실의 논문들은 polyubiquitinated PCNA가 DNA 손상 부위와 텔로미어에서 어떤 복구 반응을 유도하는지 구체적으로 제시한다. TonEBP, SHPRH, USP1과 같은 인자들이 PCNA polyubiquitination의 시공간적 조절에 관여하며, ATAD5는 PCNA 제거와 USP1 기능 조절을 통해 손상 복구 경로 선택에 영향을 준다. 또한 SLX4와 연계된 반응을 통해 polyUb-PCNA가 절단유도복제(BIR)를 촉발하는 축으로 작동함이 제시되어, PCNA 변형이 복제 후 복구와 재조합성 복구를 연결하는 핵심 매개체임을 보여준다. 이 연구는 DNA 손상 복구의 정확도와 경로 선택을 결정하는 새로운 조절 논리를 제공한다. 특히 PCNA 유비퀴틴화와 언로딩의 균형이 무너지면 돌연변이 축적, 염색체 재배열, 암세포 생존 전략 강화로 이어질 수 있으므로, 이를 표적으로 하는 정밀 치료 접근의 가능성이 크다. 앞으로는 다양한 DNA 손상 유형과 세포 맥락에서 PCNA 변형 네트워크를 체계적으로 분석함으로써 맞춤형 항암 표적 발굴에 기여할 수 있다.

이 연구 주제는 DNA 이중가닥 절단과 복제 정지 상황에서 세포가 상동재조합과 절단유도복제를 이용해 염색체를 어떻게 복구하는지 탐구한다. 이중가닥 절단은 세포에 치명적인 손상으로, 부정확하게 복구될 경우 대규모 염색체 재배열과 종양 형성으로 이어질 수 있다. 연구실은 특히 복제와 연결된 손상에서 재조합 복구가 어떻게 개시되고 종료되는지를 중심으로 유전체 안정성 유지 원리를 해명하고 있다. 대표적으로 ATAD5에 의한 PCNA 언로딩이 짧은 구간의 말단 절제(short-range end resection)에 필수적이며, 이 과정이 제대로 이루어져야 KU 복합체 제거, 상동재조합 진행, 후속 DNA 복구 합성이 가능하다는 점을 제시하였다. 또한 복제 스트레스가 심한 텔로미어 및 취약 부위에서는 polyUb-PCNA와 SLX4 축이 절단유도복제를 유도하여 손상된 DNA를 복구하거나 텔로미어를 유지하는 데 관여함을 밝혔다. 이는 복제 스트레스 대응과 재조합 복구가 서로 긴밀히 연결되어 있음을 보여준다. 이러한 연구는 ALT 암세포처럼 텔로머라제가 아닌 재조합 기반 기작으로 생존하는 암의 분자적 약점을 이해하는 데 매우 중요하다. 상동재조합과 BIR의 조절 실패는 한편으로는 세포 생존에 기여하지만, 다른 한편으로는 게놈 불안정을 증폭시키는 양면성을 가진다. 따라서 연구실의 성과는 재조합 의존성 암의 진단 지표와 치료 표적을 발굴하는 데 중요한 토대를 제공하며, 장기적으로는 텔로미어 생물학과 암 유전체 진화 연구로도 확장될 수 있다.