하남출 연구실의 핵심 연구축은 단백질과 거대분자 복합체의 3차원 구조를 해석하여 생명현상의 작동 원리를 분자 수준에서 규명하는 구조생물학 연구이다. 연구실은 구조분자생물학을 기반으로 세포 신호전달, 염색체 분리, 세포골격 형성, 핵막 유지와 같은 중요한 생명과정에 관여하는 단백질들의 결합 양식과 구조 변화에 주목한다. 단순히 정적 구조를 제시하는 데 그치지 않고, 특정 결합 파트너나 리간드, 인산화와 같은 화학적 변형이 단백질 복합체의 상태를 어떻게 바꾸는지 분석하는 것이 특징이다. 대표적으로 APC-β-catenin 결합의 인산화 의존적 기작, 세균 condensin 복합체의 ATP 의존적 상호작용 변화, 그리고 인간 lamin 조립의 분자적 기초를 밝힌 연구들은 이 연구실의 방향성을 잘 보여준다. 이러한 연구는 X선 결정학, 초저온전자현미경, 화학적 가교결합 분석, 질량분석, 계산생물학적 해석을 유기적으로 결합하여 수행된다. 최근에는 비멘틴과 라민 같은 중간세사 단백질의 계층적 조립 원리와 구조적 안정성, 질환 관련 변이의 영향을 정밀하게 추적하는 방향으로도 확장되고 있다. 이러한 구조 규명 연구는 기초생명과학적 의의뿐 아니라 질환 이해와 약물표적 발굴의 출발점이 된다는 점에서 중요하다. 단백질의 상호작용 면, 구조적 취약 부위, 조립 중간체를 파악하면 질환을 유발하는 분자 이상 현상을 설명할 수 있고, 이를 선택적으로 조절하는 화합물이나 단백질 설계 전략도 가능해진다. 따라서 본 연구주제는 구조 기반 신약개발, 단백질 공학, 질병 기전 연구를 연결하는 연구실의 중심 플랫폼 역할을 수행한다.

연구실은 구조생물학의 관점을 노화와 신경퇴행성 질환 연구에 적극적으로 적용하고 있다. 특히 라민 A/C, 프로제린, SOD1과 같은 질환 관련 단백질의 구조적 이상과 비정상적 응집 현상이 세포 기능 장애로 어떻게 이어지는지를 분자 수준에서 해석하는 데 강점을 보인다. 라민 조립 구조에 관한 연구는 핵막과 핵골격의 안정성이 어떻게 유지되는지, 그리고 병적 돌연변이가 왜 핵 변형과 조기노화 표현형을 유발하는지를 설명하는 기반을 제공한다. 특허와 최근 발표 주제를 보면, 프로제린-라민 상호작용 억제제를 이용한 조로증 및 노화 관련 질환 제어, 그리고 ALS 연관 SOD1 돌연변이 단백질의 필라멘트 형성 억제 연구가 중요한 응용축으로 자리 잡고 있음을 알 수 있다. 천연물 유래 화합물이나 미생물 유래 대사산물, 탄닌 가수분해물 등 다양한 소재를 활용해 단백질 응집을 억제하거나 비정상적 결합을 차단하는 전략이 제시되고 있다. 이는 구조 분석으로 확보한 결합 부위 정보와 병적 조립 메커니즘에 대한 이해가 실제 중재기술 개발로 연결되고 있음을 보여준다. 이 연구주제는 세포 노화, 조로증, ALS 등 난치성 질환에 대해 새로운 치료 표적과 작동 기전을 제시한다는 점에서 학술적·의료적 가치가 크다. 특히 단백질 구조 변화와 세포핵 변형, 아밀로이드성 응집체 형성 사이의 연계를 규명함으로써 질환의 조기 진단 바이오마커와 표적치료제 개발 가능성을 넓힌다. 연구실은 앞으로도 구조 기반 질환 메커니즘 규명과 저분자·천연물·바이오소재 탐색을 결합하여 노화 및 퇴행성 질환 연구의 정밀도를 높여갈 것으로 보인다.

하남출 연구실은 기초 구조생물학을 넘어 구조기반 신약개발 플랫폼 구축과 단백질 설계 기술 개발에도 적극적으로 참여하고 있다. 대형 국가과제를 통해 가속기, 초저온전자현미경, 분자설계 기술을 통합한 신약발굴 플랫폼을 구축하고 있으며, 이를 기업지원과 공동연구로 확장하는 실용화 지향성이 두드러진다. 세포막단백질 연구 인프라와 이미징 핵심지원센터, 신약개발 코어센터 관련 사업 수행 이력은 연구실이 단일 실험실 차원을 넘어 연구 생태계 조성에도 기여하고 있음을 보여준다. 최근 연구 방향에서는 AI 기반 단백질 구조 예측과 설계가 중요한 요소로 부상하고 있다. 학회 발표 주제에는 단백질 구조 예측 활용, AI 기반 효소 활성 향상 돌연변이 설계, 알부민 결합 미니단백질 설계, 백신용 다가항원 전달체의 기하학적 구조 최적화 등이 포함되어 있다. 이는 기존의 실험 구조분석 역량 위에 대규모 언어모델, 단백질 언어모델, 트랜스포머 기반 설계 기법을 접목하여 원하는 기능을 갖는 단백질을 빠르게 설계하려는 시도로 해석된다. 이 연구주제의 궁극적 목표는 구조 정보를 활용해 질병 표적을 정밀하게 조절하고, 치료제·백신·기능성 바이오소재 개발 속도를 높이는 데 있다. 구조기반 약물발굴은 단백질-리간드 상호작용을 합리적으로 최적화할 수 있게 해주며, AI는 탐색 가능한 분자 공간을 대폭 넓혀준다. 따라서 연구실은 실험 구조생물학과 계산 설계, 바이오의약 응용을 융합하는 차세대 플랫폼형 연구를 수행하며, 신약개발과 정밀 바이오엔지니어링 분야에서 높은 파급력을 갖는다.