Research

세포가 세상을 느끼는 순간, 구조 속에 답이 있습니다

   우리 몸은 끊임없이 외부 환경을 감지하고 반응합니다. 뜨거움을 느끼고, 통증을 감지하고, 세포 안팎의 신호를 조절하며, 외부 자극에 적응하는 과정은 모두 단백질이라는 작은 분자 기계의 움직임에서 시작됩니다.

Kwon Lab은 구조생화학을 기반으로 이러한 분자 기계들이 어떻게 작동하는지 밝히고자 합니다. 우리는 단백질의 구조를 단순히 관찰하는 데 그치지 않고, 구조가 어떻게 움직임, 기능, 조절, 질병, 치료 전략으로 이어지는지를 연구합니다.

특히 세포막 단백질은 생명체가 외부 세계와 소통하는 핵심 관문입니다. 이들은 온도, 힘, 전기적 신호, 지질, 화학 물질, 독소, 약물과 같은 다양한 자극을 감지하고, 이를 세포 내부의 신호로 변환합니다. 이러한 과정은 감각, 통증, 신경 신호, 세포 항상성, 감염, 질병 발생과 깊이 연결되어 있습니다.

저희 연구실은 cryo-EM, cryo-ET, 단백질 생화학, 막단백질 재구성, 전기생리학, 지질 및 막 환경 제어, AI 기반 구조 분석을 결합하여 복잡한 생명 현상을 분자 수준에서 이해하고자 합니다. 구조생화학은 생명의 기본 원리를 밝히는 기초과학이면서 동시에, 신약 개발, 단백질 공학, 합성생물학, 바이오센서, 질병 연구로 확장될 수 있는 응용과학의 출발점입니다.

Research Themes

1. 세포는 어떻게 세상을 감지할까?

세포는 눈이나 귀가 없어도 주변 환경을 감지합니다. 온도, 압력, 전기적 신호, 화학 물질, 지질 변화와 같은 다양한 자극은 세포막 단백질을 통해 세포 내부의 신호로 바뀝니다.

Kwon Lab은 막단백질이 외부 자극을 어떻게 알아차리고, 단백질 구조의 작은 변화가 어떻게 세포 전체의 반응으로 이어지는지 연구합니다. 이 질문은 감각, 통증, 신경 신호, 세포 생존, 질병 발생을 이해하는 중요한 출발점입니다.

2. 막 환경은 단백질 기능을 어떻게 조절할까?

막단백질은 세포막이라는 특별한 환경 안에서 작동합니다. 세포막은 단순한 경계가 아니라, 단백질의 움직임과 기능을 조절하는 능동적인 플랫폼입니다.

지질 조성, 막의 두께, 휘어짐, 장력, 전위와 같은 막의 성질은 단백질이 열리고 닫히는 방식, 신호를 전달하는 방식, 약물에 반응하는 방식을 바꿀 수 있습니다. 저희 연구실은 실제 세포막에 가까운 환경을 구현하여, 막이 단백질 기능을 어떻게 조절하는지 밝히고자 합니다.

3. 단백질은 어떻게 움직여 기능을 만들까?

단백질은 정적인 구조물이 아니라 움직이는 분자 기계입니다. 작은 구조 변화 하나가 이온의 흐름을 만들고, 신호 전달을 시작하며, 세포의 운명을 바꿀 수 있습니다.

Kwon Lab은 단백질이 닫힌 상태에서 열린 상태로, 비활성 상태에서 활성 상태로, 또는 조절 물질과 결합한 상태로 바뀌는 과정을 구조적으로 포착하고자 합니다. 이를 통해 “구조가 어떻게 기능이 되는가”라는 생명과학의 핵심 질문에 답하고자 합니다.

4. 숨은 조절자는 단백질을 어떻게 켜고 끌까?

생명체 안에는 단백질 기능을 조절하는 수많은 숨은 조절자가 있습니다. 지질, 대사체, 펩타이드, 독소, 천연물질, 세포 내 조절 단백질은 막단백질에 결합하거나 막의 성질을 바꾸어 세포 신호를 강력하게 조절합니다.

저희 연구실은 이러한 자연 유래 조절 분자들이 막단백질을 어떻게 켜고 끄는지 연구합니다. 자연이 만들어낸 정교한 조절 원리를 이해하면, 새로운 생물학적 도구와 치료 후보물질을 찾을 수 있습니다.

5. 구조는 어떻게 새로운 치료 전략을 이끌어낼까?

많은 질병은 단백질이 잘못 작동하면서 시작됩니다. 단백질의 작은 구조 변화는 통증, 신경 흥분성 이상, 세포 신호 교란, 항상성 붕괴로 이어질 수 있습니다.

Kwon Lab은 단백질 구조를 바탕으로 질병 관련 기능 이상을 이해하고, 약물이 어디에 결합하며 어떻게 단백질 기능을 조절하는지 밝히고자 합니다. 구조생화학은 질병을 분자 수준에서 이해하고 새로운 치료 전략을 설계하는 강력한 도구입니다.

6. AI는 구조생화학을 어떻게 확장할 수 있을까?

구조생화학은 강력하지만 많은 시간과 노력이 필요한 분야입니다. AI는 우리가 더 좋은 질문을 찾고, 숨겨진 상호작용을 예측하며, 새로운 연구 가설을 세우는 데 도움을 줄 수 있습니다.

Kwon Lab은 AI 기반 구조 예측, 단백질 상호작용 예측, 문헌 및 데이터베이스 분석을 실험과 연결하여 새로운 분자 조절 원리를 발굴하고자 합니다. 학생들은 계산과 실험을 함께 활용하여 미래형 구조생화학 연구를 경험할 수 있습니다.

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