본 연구실은 생체분자의 구조와 동역학을 이해하기 위해 첨단 분자동역학(MD) 시뮬레이션 기법을 적극적으로 활용하고 있습니다. DNA, RNA, 단백질 등 다양한 생체분자를 대상으로 하여, 이들의 접힘(folding) 메커니즘, 변성(denaturation) 과정, 그리고 구조적 전이 현상을 원자 수준에서 정밀하게 분석합니다. 특히, 자유에너지 지형(free energy landscape) 분석을 통해 분자의 안정한 상태와 전이 상태, 그리고 경로상의 에너지 장벽을 규명함으로써, 생체분자의 기능적 특성과 동적 변화를 심층적으로 탐구하고 있습니다. 이러한 연구는 복잡한 생체분자 시스템의 거동을 이해하는 데 필수적인 정보를 제공합니다. 예를 들어, DNA G-quadruplex의 폴딩 경로, 단백질의 냉각 및 가열 변성, 그리고 RNA의 구조적 안정성 등 다양한 주제를 다루며, 실험적으로 관찰하기 어려운 미시적 현상을 시뮬레이션을 통해 예측하고 해석합니다. 또한, 다양한 온도와 압력 조건에서의 분자 거동을 모사하여, 실제 생체 환경에서의 분자 반응을 재현하고 있습니다. 이와 같은 연구는 신약 개발, 질병 메커니즘 규명, 바이오센서 설계 등 다양한 응용 분야에 기초 자료를 제공하며, 생명과학 및 화학 분야의 학제 간 융합 연구를 선도하고 있습니다.

본 연구실은 DNA 및 단백질의 손상 인식과 수리 메커니즘을 계산화학적으로 규명하는 데 중점을 두고 있습니다. DNA 글리코실레이스(hOGG1)와 같은 효소가 산화적 손상(예: 8-옥소구아닌)을 어떻게 인식하고 수리하는지, 그리고 이 과정에서의 자유에너지 변화와 동역학적 특성을 분자동역학 시뮬레이션과 강화 샘플링 기법을 통해 분석합니다. 이를 통해 효소의 특이적 손상 인식 경로, 효율적인 DNA 스캐닝 메커니즘, 그리고 손상 염기 절제 과정의 분자적 원리를 밝혀내고 있습니다. 이 연구는 DNA 복제 및 수리 과정에서 발생할 수 있는 돌연변이와 질병(특히 암)과의 연관성을 이해하는 데 중요한 기초를 제공합니다. 예를 들어, A:8OG와 같은 비정상 염기쌍의 이성질화 경로, pH에 따른 Watson-Crick과 Hoogsteen 염기쌍 전이, 그리고 단백질의 트라이머화 및 스트레스 반응 조절 등 다양한 생화학적 현상을 다루고 있습니다. 또한, 단백질의 구조적 변화와 기능적 활성화(예: HSF1의 트라이머화 및 세포 보호 메커니즘)도 심층적으로 연구합니다. 이러한 계산화학적 접근은 실험적으로 접근하기 어려운 분자 수준의 반응 경로와 에너지 프로파일을 제공함으로써, 신약 표적 발굴, 유전자 손상 진단, 그리고 맞춤형 치료 전략 개발에 중요한 이론적 기반을 마련하고 있습니다.