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한국실험동물학회 뉴스레터	2022년 3월
[우수연구실소개] 연세대학교 시스템생물학과 분자구조 및 신호전달 연구실

연세대학교 시스템생물학화 분자구조 및 신호전달 연구실 (Lab. of Molecular Structure and Signaling) □ 구성원 교수 : 신동혁 (donghyuk.shin@yonsei.ac.kr, https://sites.google.com/view/donghyuk-shin/home?authuser=0 ) 통합 과정 : 정민우, 강상우, 전하영 석사 과정 : 최민형 학부 연구생 : Ane Martiartu, 이소은 □ 교수 소개 분자 구조 및 신호전달 연구실의 신동혁 교수님은 성균관대학교에서 구조생물학을 전공하여 박사학위를 취득하였고, 이 후 독일의 막스-플랑크 생물리학 연구소(Max-Planck Institute of Biophysics)의 Ivan Dikic’s group에서 박사 후 연구원(Postdoctoral Research Fellow)으로서 연구를 진행하였습니다. 숙주의 면역 시스템을 교란하는 리지오넬라균의 탈유비퀴틴화 효소의 구조를 규명하고, 특히 새롭게 밝혀진 인산-리보오스 유비퀴틴화에서의 탈유비퀴틴화 효소에 대한 연구를 진행하였습니다. 2020년에는 코로나 19 바이러스인 SARS-CoV-2의 탈유비퀴틴화 효소 중 하나인 Papain-like protease(PLpro) 구조를 규명하였습니다. 또한, Papain-like protease(PLpro)가 바이러스 증식을 촉진시킴과 동시에 항바이러스 면역 과정을 억제한다는 것을 밝혀 Papain-like protease (PLpro)를 타겟으로 하는 새로운 코로나 바이러스 저해제 개발의 필요성을 제시하는 연구를 진행하여 Nature에 논문을 게재하였습니다. 2020년 9월, 인천대학교 생명공학부에 조교수로 부임하게 되었고, 2021년 3월, 연세대학교 시스템생물학과에 조교수로 부임하게 되었습니다. □ 연구실 개요 및 주요 연구 소개 “분자 구조 및 신호 전달 연구실(Lab. of Molecular structure & Signaling)”에서는 X-선 결정학, 극저온전자현미경 기법 등의 구조생물학적 접근 방법을 이용하여 단백질의 구조를 규명하고, 구조를 기반으로 생화학, 생물리학적 실험 기법을 통해 분자 수준의 조절 기작을 밝혀내는 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 연구를 통해 구조 기반 치료제를 개발하여 감염병에 대한 예방 및 치료에 기여하는 것을 목표로 하고 있습니다. 특히, 감염균(박테리아 또는 바이러스)으로부터 유래된 유비퀴틴 시스템과 관련된 연구를 중점적으로 진행하고 있습니다. 리지오넬라균은 유비퀴틴 시스템이 없음에도 불구하고 탈유비퀴틴효소를 가지고 있어서 숙주 세포에 들어가 유비퀴틴 시스템을 조절함을 통해 면역 시스템을 교란하는 중요한 역할을 하는 특징이 있습니다. 리지오넬라균이 보유하고 있는 다양한 유비퀴틴 조절 효소들의 구조를 규명하고, 분자 수준의 조절 기작을 밝혀내고자 하고 있습니다. 이 밖에도 다른 감염균들을 포함하여, 사람, 식물에 존재하는 유비퀴틴 조절 시스템 연구도 진행하고 있습니다. 현재 저희 연구실은 생긴 지 1년도 되지 않았지만 빠르게 실험실 세팅을 완료하여 현재 활발하게 연구를 진행하고 있는 열정 가득한 연구실입니다. 대학원생 4명, 학부연구생 2명으로 구성 되어있으며, 즐거운 분위기 속에서 서로 부족한 점을 채워가며 연구 생활을 하고 있습니다. 교수님에게 직접 실험을 배우며 활발한 소통을 통해 연구자로서 필요한 다양한 역량을 키워 나가고 있습니다. 그림 1. 코로나 19 바이러스 SARS-CoV-2의 탈유비퀴틴화 효소 작용 기작 그림 2. 감염균의 유비퀴틴 조절 시스템에 대한 연구 □ 최근 주요 논문 성과 1. D. Shin, et al. Papain-like protease regulates SARS-CoV-2 viral spread and innate immunity. Nature .(2020). 10.1038/s41586-020-2601-5 (I.F. 42.778, JCR ranking: 1/71 Multidisciplinary Sciences) 2. D. Shin, et al. Bacterial OTU deubiquitinases regulate substrate ubiquitination upon Legionella infection. eLife. 2020(9);e58277 (2020) (I.F. 7.080, JCR ranking: 5/93 Biology) 3. D. Shin, R. Mukherjee, Y. Liu, et al. Regulation of phosphoribosyl-linked serine ubiquitination by deubiquitinases DupA and DupB. Mol. Cell. 77(1), 164-179 (2020) Equal contribution (I.F. 15.584, JCR ranking: 4/297 Biochemistry & Molecular Biology) 4. D. Shin, et al. Site-specific monoubiquitination downregulates Rab5 by disturbing effector binding and guanine nucleotide conversion. eLife. 2017(6); e29154 (2017) (I.F. 7.080, JCR ranking: 5/93 Biology) 5. T. T. Thach, D. Shin, et al. New conformations of linear polyubiquitin chains by crystallographic and solution scattering expand the conformational space of polyubiquitin. Acta. Cryst. D. D72; 524-535 (2016), *Equal contribution (I.F. 5.266, JCR ranking: 3/26 Crystallography)

연세대학교 시스템생물학화 분자구조 및 신호전달 연구실

(Lab. of Molecular Structure and Signaling)

□ 구성원

교수 : 신동혁

(donghyuk.shin@yonsei.ac.kr, https://sites.google.com/view/donghyuk-shin/home?authuser=0 )

통합 과정 : 정민우, 강상우, 전하영

석사 과정 : 최민형

학부 연구생 : Ane Martiartu, 이소은

□ 교수 소개

분자 구조 및 신호전달 연구실의 신동혁 교수님은 성균관대학교에서 구조생물학을 전공하여 박사학위를 취득하였고, 이 후 독일의 막스-플랑크 생물리학 연구소(Max-Planck Institute of Biophysics)의 Ivan Dikic’s group에서 박사 후 연구원(Postdoctoral Research Fellow)으로서 연구를 진행하였습니다. 숙주의 면역 시스템을 교란하는 리지오넬라균의 탈유비퀴틴화 효소의 구조를 규명하고, 특히 새롭게 밝혀진 인산-리보오스 유비퀴틴화에서의 탈유비퀴틴화 효소에 대한 연구를 진행하였습니다. 2020년에는 코로나 19 바이러스인 SARS-CoV-2의 탈유비퀴틴화 효소 중 하나인 Papain-like protease(PLpro) 구조를 규명하였습니다. 또한, Papain-like protease(PLpro)가 바이러스 증식을 촉진시킴과 동시에 항바이러스 면역 과정을 억제한다는 것을 밝혀 Papain-like protease (PLpro)를 타겟으로 하는 새로운 코로나 바이러스 저해제 개발의 필요성을 제시하는 연구를 진행하여 Nature에 논문을 게재하였습니다. 2020년 9월, 인천대학교 생명공학부에 조교수로 부임하게 되었고, 2021년 3월, 연세대학교 시스템생물학과에 조교수로 부임하게 되었습니다.

□ 연구실 개요 및 주요 연구 소개

“분자 구조 및 신호 전달 연구실(Lab. of Molecular structure & Signaling)”에서는 X-선 결정학, 극저온전자현미경 기법 등의 구조생물학적 접근 방법을 이용하여 단백질의 구조를 규명하고, 구조를 기반으로 생화학, 생물리학적 실험 기법을 통해 분자 수준의 조절 기작을 밝혀내는 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 연구를 통해 구조 기반 치료제를 개발하여 감염병에 대한 예방 및 치료에 기여하는 것을 목표로 하고 있습니다. 특히, 감염균(박테리아 또는 바이러스)으로부터 유래된 유비퀴틴 시스템과 관련된 연구를 중점적으로 진행하고 있습니다. 리지오넬라균은 유비퀴틴 시스템이 없음에도 불구하고 탈유비퀴틴효소를 가지고 있어서 숙주 세포에 들어가 유비퀴틴 시스템을 조절함을 통해 면역 시스템을 교란하는 중요한 역할을 하는 특징이 있습니다. 리지오넬라균이 보유하고 있는 다양한 유비퀴틴 조절 효소들의 구조를 규명하고, 분자 수준의 조절 기작을 밝혀내고자 하고 있습니다. 이 밖에도 다른 감염균들을 포함하여, 사람, 식물에 존재하는 유비퀴틴 조절 시스템 연구도 진행하고 있습니다.

현재 저희 연구실은 생긴 지 1년도 되지 않았지만 빠르게 실험실 세팅을 완료하여 현재 활발하게 연구를 진행하고 있는 열정 가득한 연구실입니다. 대학원생 4명, 학부연구생 2명으로 구성 되어있으며, 즐거운 분위기 속에서 서로 부족한 점을 채워가며 연구 생활을 하고 있습니다. 교수님에게 직접 실험을 배우며 활발한 소통을 통해 연구자로서 필요한 다양한 역량을 키워 나가고 있습니다.

그림 1. 코로나 19 바이러스 SARS-CoV-2의 탈유비퀴틴화 효소 작용 기작

그림 2. 감염균의 유비퀴틴 조절 시스템에 대한 연구

□ 최근 주요 논문 성과

1. D. Shin, et al. Papain-like protease regulates SARS-CoV-2 viral spread and innate immunity. Nature .(2020). 10.1038/s41586-020-2601-5 (I.F. 42.778, JCR ranking: 1/71 Multidisciplinary Sciences)

2. D. Shin, et al. Bacterial OTU deubiquitinases regulate substrate ubiquitination upon Legionella infection. eLife. 2020(9);e58277 (2020) (I.F. 7.080, JCR ranking: 5/93 Biology)

3. D. Shin*, R. Mukherjee*, Y. Liu*, et al. Regulation of phosphoribosyl-linked serine ubiquitination by deubiquitinases DupA and DupB. Mol. Cell. 77(1), 164-179 (2020) *Equal contribution (I.F. 15.584, JCR ranking: 4/297 Biochemistry & Molecular Biology)

4. D. Shin, et al. Site-specific monoubiquitination downregulates Rab5 by disturbing effector binding and guanine nucleotide conversion. eLife. 2017(6); e29154 (2017) (I.F. 7.080, JCR ranking: 5/93 Biology)

5. T. T. Thach*, D. Shin*, et al. New conformations of linear polyubiquitin chains by crystallographic and solution scattering expand the conformational space of polyubiquitin. Acta. Cryst. D. D72; 524-535 (2016), *Equal contribution (I.F. 5.266, JCR ranking: 3/26 Crystallography)

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