조광현 KAIST 교수의 생명과학 난제 푼 방법?…"IT 접목"

대규모 컴퓨터시뮬레이션 작업 수행으로 한계 극복…중요한 BIT연구사례 주목
전통 실험생물학 권위지 파셉저널 온라인판 게재

 

KAIST(한국과학기술원·총장 서남표) 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀은 컴퓨터시뮬레이션을 통해 하나의 세포내 신호전달경로가 어떻게 다양한 세포반응을 유발하는지에 대한 새로운 해답을 제시했다.

 

이번 연구는 특히 BT에 IT를 접목시킨 시스템생물학(Systems Biology) 연구를 통해 기존 생명과학의 한계를 극복한 중요한 BIT 융합연구사례로 평가된다.

 

엔 에프카파비(NF-kB) 신호전달경로는 세포의 증식·분화·분열·사멸을 조절하고, 면역·염증반응을 매개하는 등 다양한 세포반응에 관여하는 것으로 알려져 왔으나 어떻게 하나의 신호전달경로가 다양한 세포반응을 유도하는지에 대한 핵심 메커니즘은 오랫동안 수수께끼로 남아있었다.

 

매우 복잡한 조절관계에 얽혀 있어서 동역학적 특성을 직관적으로 이해하기 어렵고, 많은 실험들이 특정 조건에서 관측된 단면만을 보여주기 때문이었다.

 

이 에 연구팀은 우선 기존의 다양한 실험조건 하에서 산발적으로 축적된 데이터를 IT를 이용해 효율적으로 집대성했으며 이를 기반으로 대규모 컴퓨터시뮬레이션을 수행, 시스템생물학 관점의 통합분석 작업을 시도함으로써 복잡한 생명현상 이면의 숨겨진 설계원리를 밝혀냈다.

 

연구 결과, NF-kB 신호전달네트워크의 아이카파비알파(IkBa)와 아이카파비엡실론 (IkBe)이 기하학적으로 동일한 형태의 음성피드백회로를 형성하고 있음에도, IkBa는 핵내 NF-kB 신호패턴의 주파수와 진폭을 조절하는 역할을 수행하는 반면, IkBe은 이러한 NF-kB 신호의 무작위적 변화를 유발하는 특성이 있는 것이 밝혀졌다.

 

또 이러한 상동체(paralog)가 형성하는 중첩된 음성피드백회로의 복합적 작용이 결국 세포반응의 다양성을 유도하는 핵심 메커니즘임을 규명했다.

 

해 당 연구는 교육과학기술부 지원 연구사업의 일환으로 수행됐으며, 연구결과는 7일 실험생물학계 권위지 '파셉저널(The FASEB Journal)' 온라인판에 게재(제1저자 김동산, 참여연구원 월터콜치)됐다. 전통적 실험생물학 저널에 컴퓨터시뮬레이션만으로 수행된 연구결과가 게재된 것은 매우 이례적인 일이다.