？ Molecular mechanisms of RNA-mediated gene regulation at the single-molecule level
？ Quantitative analysis of the interplay between transcription and RNA splicing
？ Subcellular localization and quantification of diseases-related genes at the single-cell level
？ Development of a cutting-edge technique complementing current sequencing methods in RNA biology and its application to cancer diagnosis
단분자이미징 연구실에서는 그 이름에서 유추할 수 있듯이 분자 하나를 검출할 수 있는 초민감 검출 기술을 기반으로 하는 다양한 연구를 수행합니다. 반응 용기에 섞여 있는 분자들을 한꺼번에 측정하지 않고 분자 하나 하나를 각각 이미징할 수 있다면, 그 분자의 구조 변화 및 성질에 대해서 훨씬 더 많은 정보를 얻을 수 있게 됩니다. 아래의 그림에서 보여지는 바와 같이, 단분자 검출 기술을 사용하지 않을 경우에는 두 가지 분자가 섞여 있을 때 두 분자의 평균 성질만을 관찰할 수 있습니다. 하지만, 분자 하나 하나를 검출하게 되면 섞여 있는 상태에서도 어떤 종류의 분자들이 섞여 있으며, 각 분자들이 몇 개 씩 섞여 있는 상태인지에 대한 정량적인 정보까지 얻을 수 있게 됩니다. 또한, 시간에 따라서 실시간으로 각 분자의 구조 및 상태를 관찰할게 되면, 각 분자의 반응이 동기화되어 있지 않은 상태에서도 분자의 반응 경로를 관찰할 수 있습니다.
특히, 단분자이미징 연구실에서는 smFRET (single-molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer)이라는 분광학적 현상을 이용하여 분자 구조의 변화를 실시간으로 측정합니다. FRET은 두 형광 분자 사이의 에너지 전달 현상을 말하는데, 그 에너지 전달 효율이 아래의 그림에서 보는 것과 같이 두 형광 분자 사이의 거리에 대한 함수입니다. 따라서, 나노미터(nm) 수준의 거리 변화를 측정할 수 있기 때문에 분광 자(Spectroscopic Ruler)라고도 불립니다. 이 방법은 분자의 구조 변화 뿐만 아니라, 분자 간의 상호 작용을 정량적으로 측정하는데도 매우 유용합니다.
.
또한, 단분자이미징 연구실에서는 smFISH (sinlge-molecule Fluorescence In Situ Hybridization)이라는 유전자 검출 기술을 활용하여 유전자 저해와 같은 다양한 유전자 조절 과정에 대한 연구를 단일 세포 수준에서 수행합니다. 아래의 그림에서 보는 것과 같이, 연구하고자 하는 유전자의 염기 서열을 알게 되면, 이 염기 서열에 결합할 수 있는 FISH probes를 디자인하여 세포에 넣어줌으로서 연구하고자 하는 특정 유전자를 단일 세포 수준에서 검출할 수가 있습니다. 이러한 과정을 통해서 얻은 lamin A mRNA를 이미징한 결과가 아래의 오른쪽 이미지와 같이 나타나게 되는데, 초록색 형광 스팟 하나가 lamin A 유전자의 mRNA 하나라고 볼 수 있습니다. 이를 정량적으로 분석하게 되면 해당 유전자가 어떤 식으로 조절되는지에 대한 연구를 수행할 수 있습니다.
단분자이미징 연구실에서는 위에서 소개한 smFRET과 smFISH와 같은 다양한 단일 분자 형광 기술을 이용하여 아직까지 밝혀지지 않은 중요한 생물학적 현상을 규명하는데 관심이 있습니다. 특히, 유전자가 조절되는 다양한 작용 기작 및 알츠하이머와 파킨슨 병과 같은 퇴행성 신경 질환의 원인으로 추정되는 단백질 중합 현상에 관심이 있습니다. 그리고 이와 같은 학문적인 접근과 더불어, 단일 분자 검출의 장점을 활용한 형광 이미징 기술 개발 및 유전병 진단 기술 개발에도 관심을 갖고 연구를 진행 중에 있습니다. 현재 관심 있는 분야의 연구 주제를 요약하여 이야기하자면 다음과 같습니다.
