단백질은 생명체의 기본 구성 요소로서, 시간이 지남에 따라 구조적 변형과 노화를 겪게 됩니다. 이러한 단백질 구조의 노화는 다양한 인간 질환, 특히 신경퇴행성 질환 및 아밀로이드증과 밀접한 연관이 있습니다. 본 연구실은 고도화된 구조생물학적 기법, 특히 핵자기공명(NMR) 분광법을 활용하여 단백질 구조 노화 현상의 본질과 그에 따른 병리적 메커니즘을 원자 수준에서 규명하고자 합니다. 연구팀은 단백질이 어떻게 노화되는지, 그 원인은 무엇인지, 그리고 이러한 구조적 노화가 질병으로 이어지는 경로를 집중적으로 분석합니다. 특히 트랜스싸이레틴(Transthyretin, TTR)과 같은 대표적 아밀로이드성 단백질의 구조적 변화와 응집 메커니즘을 다양한 환경에서 관찰하며, 단백질의 동적 구조 특성과 병리적 응집 현상 간의 상관관계를 밝히고 있습니다. 이러한 연구는 단백질 노화에 따른 질병 발생 원인 규명뿐만 아니라, 구조적 노화 현상을 억제하거나 되돌릴 수 있는 새로운 치료 전략 개발에도 중요한 기초 자료를 제공합니다. 궁극적으로 본 연구실의 목표는 단백질 구조 노화의 분자적 기전을 완전히 이해하고, 이를 바탕으로 다양한 난치성 질환의 예방 및 치료에 기여하는 것입니다.

아밀로이드성 단백질은 응집 및 섬유화 과정을 통해 다양한 신경퇴행성 질환의 원인이 됩니다. 본 연구실은 아밀로이드성 단백질의 내재적 동적 구조 특성이 생리적 기능뿐만 아니라 병리적 메커니즘과도 밀접하게 연관되어 있음을 규명하고자 합니다. 이를 위해 아밀로이드 생성 메커니즘, 특히 트랜스싸이레틴 및 α-시뉴클레인과 같은 단백질의 구조적 유연성과 응집 경로를 심층적으로 분석합니다. 또한, 샤페론(Chaperone) 단백질과 응집성 단백질 간의 상호작용에 주목하여, 샤페론이 어떻게 병리적 응집 경로를 억제하고 세포 내 단백질 항상성을 유지하는지에 대한 분자적 메커니즘을 연구합니다. NMR, 고압 NMR, 분자동역학 시뮬레이션 등 다양한 첨단 분석기법을 활용하여, 샤페론의 구조적 유연성과 응집성 단백질과의 결합 특성을 규명하고 있습니다. 이 연구는 아밀로이드성 단백질의 병리적 응집을 억제하거나 정상적인 구조로 복원할 수 있는 새로운 치료 전략 개발에 중요한 단서를 제공합니다. 더 나아가, 샤페론의 작용 원리와 단백질 응집 억제 메커니즘을 분자 수준에서 이해함으로써, 신경퇴행성 질환 및 단백질 응집 관련 질환의 예방 및 치료에 기여하고자 합니다.

철-황(Fe-S) 클러스터는 세포 내 다양한 생화학적 반응에 필수적인 보조 인자로, 그 생합성 과정은 여러 단백질의 정교한 상호작용에 의해 조절됩니다. 본 연구실은 Escherichia coli 및 인간 미토콘드리아에서의 Fe-S 클러스터 생합성 메커니즘을 구조생물학적으로 규명하고 있습니다. 특히, IscU와 같은 스캐폴드 단백질의 구조적 유연성과 변형, 그리고 샤페론 단백질(HscA, HscB 등)과의 상호작용을 NMR, SAXS, 화학적 크로스링킹 등 다양한 기법으로 분석합니다. 이 과정에서 단백질의 구조적 상태 변화, 예를 들어 구조화된(S-state) 상태와 무질서한(D-state) 상태 간의 전이, 그리고 이 전이가 Fe-S 클러스터 조립 및 전달에 미치는 영향을 집중적으로 연구합니다. 또한, Fe-S 클러스터 조립 과정에서의 단백질-단백질 결합 인터페이스와 기능적 상호작용 네트워크를 규명하여, 생합성의 효율성과 정확성을 결정하는 분자적 요인을 밝히고 있습니다. 이러한 연구는 미토콘드리아 기능 이상, 대사 질환, 희귀 유전 질환 등 Fe-S 클러스터 결함과 관련된 다양한 질환의 원인 규명 및 치료 전략 개발에 중요한 기초를 제공합니다. 더불어, 단백질 간 상호작용의 구조적 원리를 이해함으로써, 생명현상의 복잡성을 해명하는 데 기여하고 있습니다.