박장수 연구실
화학과
박장수
박장수 연구실은 생화학 분야에서 단백질 구조와 기능, 그리고 환경 스트레스에 대한 생물의 적응 메커니즘을 심도 있게 연구하는 연구실입니다. 특히 열충격 단백질(Heat Shock Protein, HSP)과 열충격 인자(Heat Shock Factor, HSF)의 분자적 조절 메커니즘, 이황화 결합 기반 항균 펩타이드의 발현 및 정제, 내분비계 교란물질에 대한 바이오마커 개발 등 다양한 주제를 다루고 있습니다.
연구실은 다양한 어류 및 포유류 세포 모델을 활용하여, 온도 스트레스, 산성 환경, 중금속 등 외부 자극에 대한 세포의 반응과 적응 과정을 분자수준에서 규명합니다. 특히 HSF1의 구조적 변화, 트라이머화, DNA 결합 활성, 그리고 이황화 결합 및 방향족 아미노산 간 상호작용이 스트레스 반응 조절에 미치는 영향을 첨단 분석기법을 통해 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 암, 신경질환 등 다양한 질병에서 열충격 단백질이 가지는 역할을 밝히는 데 중요한 기초 자료를 제공합니다.
또한, 연구실은 다중 이황화 결합을 포함하는 항균 펩타이드 및 단백질의 대량 발현 및 정제 기술을 개발하여, 신약 개발, 바이오센서, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 응용하고 있습니다. Escherichia coli, Pichia pastoris, Shewanella oneidensis 등 다양한 발현 시스템을 활용하여 베타-디펜신, 헵시딘 등 항균 펩타이드의 고효율 생산 및 구조-기능 상관관계를 규명하고 있습니다.
내분비계 교란물질 및 환경 독성물질에 대한 연구도 활발히 진행 중입니다. 비텔로제닌(VTG) 등 바이오마커를 이용한 ELISA, 면역센서, 임피던스 센서 등 다양한 진단 플랫폼을 개발하여, 어류 및 양서류의 성별 판별, 성숙도 평가, 환경 오염 모니터링에 적용하고 있습니다. 실제 환경 시료를 활용한 현장 적용성 검증도 병행하고 있습니다.
이처럼 박장수 연구실은 생화학적 기초 연구와 응용기술 개발을 동시에 선도하며, 환경보건, 수산자원 관리, 식품안전 등 다양한 분야에 실질적으로 기여하고 있습니다. 앞으로도 혁신적인 연구와 기술 개발을 통해 생명과학 및 환경과학 분야의 발전에 이바지할 것입니다.
열충격 단백질 및 스트레스 반응의 분자적 메커니즘 연구
본 연구실은 열충격 단백질(Heat Shock Protein, HSP)과 열충격 인자(Heat Shock Factor, HSF)의 분자적 메커니즘을 심도 있게 연구하고 있습니다. 다양한 어류 및 포유류 세포 모델을 활용하여, 온도 스트레스 및 산성 환경 등 다양한 외부 자극에 대한 세포의 적응 반응을 규명하고 있습니다. 특히, HSF1의 트라이머화, DNA 결합 활성, 그리고 이황화 결합 및 방향족 아미노산 간 상호작용이 스트레스 반응 조절에 미치는 영향을 구조생물학적, 생화학적 방법으로 분석합니다.
이러한 연구는 단백질의 구조-기능 관계를 밝히는 데 중점을 두고 있으며, NMR, 질량분석, 면역블롯 등 첨단 분석기법을 활용하여 HSP70, HSP90 등 주요 열충격 단백질의 발현 조절 및 세포 보호 기전을 규명합니다. 또한, 어류의 간세포 및 조직에서 HSF1과 HSP70의 발현 패턴을 다양한 수온 조건에서 분석하여, 환경 변화에 따른 생체 내 스트레스 지표로서의 활용 가능성을 탐구하고 있습니다.
이 연구는 환경 스트레스에 대한 생물의 적응 메커니즘을 이해하는 데 기여할 뿐만 아니라, 열충격 단백질이 암, 신경질환 등 다양한 질병에서 가지는 역할을 밝히는 데 중요한 기초 자료를 제공합니다. 더 나아가, 열충격 단백질 및 인자의 조절 메커니즘을 기반으로 한 새로운 치료 전략 개발에도 응용될 수 있습니다.
이황화 결합 기반 항균 펩타이드 및 단백질 발현 시스템 개발
연구실은 다중 이황화 결합을 포함하는 항균 펩타이드 및 단백질의 대량 발현 및 정제 기술 개발에 주력하고 있습니다. 기존의 박테리아 및 효모 발현 시스템의 한계를 극복하기 위해, Escherichia coli의 소형 막단백질(YoaJ, YkgR 등)을 이용한 퓨전 발현법, Pichia pastoris 효모 시스템, 그리고 Shewanella oneidensis 시스템 등 다양한 플랫폼을 개발하였습니다. 이를 통해 베타-디펜신, 헵시딘 등 이황화 결합이 중요한 항균 펩타이드의 고효율 생산 및 정제에 성공하였습니다.
이 과정에서 이황화 결합의 형성 및 유지가 단백질의 2차, 3차 구조 안정성, 생물학적 활성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였으며, 구조-기능 상관관계를 규명하였습니다. 또한, 항균 펩타이드의 구조 변형(예: 특정 시스테인 잔기의 변이) 및 이황화 결합 파괴가 항균 활성에 미치는 영향도 다각도로 연구하였습니다. 이러한 연구는 신약 개발, 바이오센서, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 응용될 수 있는 기반 기술을 제공합니다.
특히, 대량 발현된 항균 펩타이드를 이용한 환경 내 병원성 미생물 제어, 수산양식 분야의 질병 예방, 그리고 내분비계 교란물질 탐지용 바이오마커 개발 등 실용화 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 이로써 연구실은 생화학적 기초 연구와 응용기술 개발을 동시에 선도하고 있습니다.
내분비계 교란물질 및 환경 독성 바이오마커 개발
본 연구실은 환경 내 내분비계 교란물질(Endocrine Disrupting Chemicals, EDCs) 및 기타 환경 독성물질이 수생 생물에 미치는 영향을 분자수준에서 분석하고, 이를 탐지할 수 있는 바이오마커 및 진단키트 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 비텔로제닌(Vitellogenin, VTG)과 같은 단백질을 이용한 ELISA, 면역센서, 임피던스 센서 등 다양한 진단 플랫폼을 개발하여, 어류 및 양서류의 성별 판별, 성숙도 평가, 환경 오염 모니터링에 적용하고 있습니다.
이 연구는 금속이온, 페놀류, 비스페놀A 등 환경 오염물질이 어류의 내분비계 및 생식계에 미치는 영향을 분석하고, VTG, CYP1A, AhR 등 관련 유전자 및 단백질의 발현 변화를 정량적으로 측정합니다. 또한, 실제 하천 및 양식장 환경에서 시료를 채취하여, 생체 내 바이오마커의 유효성 및 신뢰성을 검증하고 있습니다. 이를 통해 환경 독성 평가의 정확도와 신속성을 크게 향상시키고 있습니다.
이러한 연구는 환경보건, 수산자원 관리, 식품안전 등 다양한 분야에 실질적으로 기여하고 있으며, 국내외 수산과학원, 환경연구소 등과의 협력 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 연구실은 앞으로도 환경 독성물질의 조기 탐지 및 생태계 보호를 위한 혁신적 진단기술 개발에 앞장설 계획입니다.
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수온 스트레스에 의한 명태의 Heat Shock Factor 1의 분자생물학적 특성과 Heat Shock Protein 70의 단백질 발현 패턴
박장수, 이창주, 최보희
수산해양교육연구, 2023
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Effect of water temperature on walleye pollock (Gadus chalcogrammus) embryos, larvae and juveniles: Survival, HSP70 expression, and physiological responses
Choi, Jin, 김소선, Yoo, Hae Kyun, 박장수, Kim, Woo Jin, 이창주, Byun, Soon Gyu, Lim, Hyun Jeong
AQUACULTURE, 2022
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Differential virulence of infectious hematopoietic necrosis virus (IHNV) isolated from salmonid fish in Gangwon Province, Korea
FISH & SHELLFISH IMMUNOLOGY, 2021
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수온변화가 명태의 성 결정 및 온도내성에 미치는 영향분석
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(해양RCMS-공동) 해양단백질 이황화특성 활용발현 기술 개발
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코끼리조개 암수판별 생체지표 물질을 이용한 현장적용 진단키트 개발 용역
