전사 과정과 관련해서 우리가 해결하고자 하는 구체적인 연구 내용은 다음과 같다. 첫째, R-loop는 DNA:RNA 이중 나선과 단일 DNA 사슬로 구성되어 있는 핵산 특이 구조다. R-loop는 전통적으로 DNA 손상을 일으키는 요인으로 인식되어 왔지만, 최근 DNA 손상이 있는 곳에서 전사가 활발히 일어날 때 R-loop의 생성이 급격히 증가하고, 이렇게 형성된 R-loop가 DNA 수리 과정에서 필수적인 역할을 한다는 사실이 알려지면서, 새로운 관심을 끌고 있다. 하지만 전사 과정 중 R-loop 형성 메커니즘과 이렇게 만들어진 R-loop가 DNA 수리 과정에서 어떤 역할을 하는 지에 관해서는 알려져 있는 것이 많지 않다. 우리는 단일 분자 분광학 실험을 통해 이러한 문제에 답하고자 한다. 둘째, 우리는 원핵생물 전사 과정에 관한 연구 경험을 바탕으로 진핵생물 전사 과정에서의 R-loop 형성과 DNA 수리 과정에 대한 연구를 진행할 계획이다. 기존 R-loop와 관련 연구는 대부분 bare DNA를 이용하여 이루어져왔다. 하지만 진핵생물에서 R-loop는 nucleosome과 상호작용을 할 수 있으며, 이 상호작용은 생물학적 기능을 포함한다고 보고되고 있다. 우리는 진핵생물 RNA 중합효소의 nucleosomal DNA 상에서의 전사 과정 중 R-loop 형성에 대해 연구하려 한다. 이와 관련하여 크게 3가지의 연구를 계획하고 있다. 먼저 원핵생물에서 관찰된 결과들이 진핵생물 RNA pol II와 nucleosomal DNA를 이용할 경우에는 유효한지 확인할 계획이다. 다음으로는 형성된 R-loop와 nucelosome의 상호작용에 대해 알아볼 것이다. 마지막으로 다양한 DNA 손상에 의해 전사 과정 중 만들어진 R-loop가 DNA 수리 과정에 어떤 식으로 참여하는지에 대해서 연구할 계획이다. 셋째, 현재 원핵생물 인자 의존적 종결(factor-dependent termination) 메커니즘에 관한 두 가지 모델이 제시되어 있다. 하나는 rho 단백질이 전사 종결위치(termination site)에 머물러 있는 RNA 중합 효소를 앞으로 밀어낸다는 hyper-translocation model이고, 다른 하나는 rho 단백질이 정지한 전사 복합체에서 RNA를 뽑아낸다는 RNA shearing model이다. 우리는 원핵생물 인자 의존적 종결에 관한 기존 연구를 통해 두 가지 전사 종료 메커니즘을 구별해내는 실험 방법을 고안해 내었다. 이번 연구에서는 이 실험 바탕으로 바이러스, 원핵생물의 내재적 종결(intrinsic termination) 및 진핵생물의 전사 종결 메커니즘을 밝히고자 한다. 마지막으로, 코로나 팬데믹의 원인인 SARS-CoV-2는 단일가닥 양성 RNA 바이러스이다. 우리는 RNA 전사에 관한 그동안의 연구 경험을 바탕으로 SARS-CoV-2의 RNA의존적 RNA 중합효소(RdRp, RNA-dependent RNA polymerase)의 RNA 합성 과정을 연구하고자 한다. SARS-CoV-2 RdRp는 전사 과정뿐만 아니라 유전체 복제 과정도 담당하기 때문에 우리의 연구는 유전체 복제도 포함한다고 할 수 있다.