본 연구실은 단분자 이미징 기술을 활용하여 DNA 손상 복구의 분자적 메커니즘을 심층적으로 규명하고 있습니다. 기존의 집단 측정 방식으로는 관찰하기 어려운 개별 분자의 상호작용과 동적 변화를 실시간으로 시각화함으로써, DNA 복구 과정에서 일어나는 다양한 단백질-DNA 상호작용을 정밀하게 분석합니다. 특히, DNA 커튼(DNA curtain)과 같은 첨단 단분자 이미징 플랫폼을 개발 및 적용하여, 복잡한 유전체 환경에서 손상 인식, 복구 단백질의 탐색 및 결합, 그리고 손상 부위의 실제 복구 과정을 분자 수준에서 추적합니다. 이러한 연구는 자외선이나 화학적 요인에 의해 발생하는 DNA 손상에 대한 복구 경로, 예를 들어 뉴클레오타이드 절제 복구(NER)에서 XPC-RAD23B와 UV-DDB 단백질의 협력적 작용, 그리고 R-loop와 같은 비정상적 핵산 구조가 유전체 안정성에 미치는 영향 등을 규명하는 데 중점을 두고 있습니다. 단분자 이미징을 통해 복구 단백질의 1차원 확산, 결합 친화도 변화, 그리고 손상 탐색 효율성 등 기존에 알려지지 않았던 새로운 분자적 현상을 밝혀내고 있습니다. 이러한 연구 결과는 유전체 손상에 의한 암, 백혈병 등 다양한 질병의 발병 원인 규명과 치료 표적 발굴에 중요한 기초 자료를 제공합니다. 또한, 단분자 이미징 기술의 지속적인 발전을 통해 생명과학 및 의생명공학 분야에서 혁신적인 연구 방법론을 제시하고, 차세대 정밀 의학의 실현에 기여하고 있습니다.

연구실에서는 크로마틴 구조의 동적 변화와 이를 조절하는 히스톤 샤페론 단백질의 분자적 기능을 집중적으로 연구하고 있습니다. 크로마틴은 유전체의 구조적 안정성과 유전자 발현 조절에 핵심적인 역할을 하며, 히스톤 샤페론은 히스톤 단백질의 조립과 해체, 그리고 손상 복구 과정에서 중요한 조절자 역할을 합니다. 본 연구실은 특히 Abo1, Yta7 등 AAA+ ATPase 계열의 히스톤 샤페론이 어떻게 히스톤 H3-H4를 DNA에 적재하고, 크로마틴 구조를 재구성하는지 단분자 수준에서 규명하고 있습니다. 이를 위해 고해상도 크라이오-전자현미경(cryo-EM), 단분자 형광 이미징, 나노패터닝 마이크로플루이딕스 등 다양한 첨단 기법을 융합하여, 히스톤 샤페론의 구조적 변화, ATP 가수분해에 따른 기능적 전환, 그리고 크로마틴 내에서의 실제 작용 메커니즘을 실시간으로 관찰합니다. 또한, FACT, SMARCAD1, UHRF1 등 다양한 크로마틴 조절 인자들과의 상호작용을 분석하여, 크로마틴 다이나믹스가 DNA 복구, 복제, 전사 등 유전체 유지에 어떻게 기여하는지 밝히고 있습니다. 이러한 연구는 크로마틴 구조 이상이 유발하는 유전체 불안정성, 암 등 질병의 분자적 원인 규명에 중요한 단서를 제공하며, 크로마틴 조절 인자를 표적으로 하는 신약 개발 및 맞춤형 치료 전략 수립에도 기여할 수 있습니다. 더불어, 단분자 융합 이미징 기술의 혁신적 적용을 통해 생명현상의 복잡성을 정량적이고 체계적으로 해석하는 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.