분자인식 연구센터
분자인식연구센터는 질병의 메커니즘을 분자수준에서 이해하고, 질병의 진단과 약물치료 모니터링에 이용할 수 있는 분자 마커와, 치료에 응용할 수 있는 새로운 약물의 작용점을 발굴하는 연구를 수행하고 있으며, 이와 동시에 나노복합체를 디자인하는 기술을 사용하여, 발굴된 분자인식마커를 실제 임상진단에 사용할 수 있는 센서시스템으로 개발하는 연구를 수행하고 있습니다.
분자인식 연구센터를 소개합니다.

오늘날, 우리는 사회가 계속해서 발전함에 따라 수명이 연장되었지만, 기존의 다양한 질병 뿐만 아니라 새로운 종류의 질병에도 빠르게 대비하여야만 하는 도전에 또한 직면해 있습니다. 바이오, 나노, 재료, 정보과학이 다원적으로 융합된 연구 기술을 활용하여 건강한 삶을 구현하기 위해 분자인식연구센터가 노력하고 있습니다.

대사체학, 프로테오믹스, 지노믹스, 시스템스바이올로지등의 오믹스 기술을 이용하여, 질병의 메커니즘을 분자수준에서 이해하고, 질병의 진단과 약물치료 모니터링에 이용할 수 있는 분자 마커와, 치료에 응용할 수 있는 새로운 약물의 작용점을 발굴하는 연구를 수행하고 있으며,  나노복합체를 디자인하는 기술을 사용하여, 발굴된 분자인식마커를 실제 임상진단에 사용할 수 있는 센서시스템으로 개발하는 연구를 수행하고 있습니다.

이러한 연구관심사는 재료 과학과 화학생물학을 통해 현장 수요에 근거한 질병 초기 진단 감지 플랫폼과 새로운 치료제 타겟을 개발하고, 임상중개연구에 연결하는 것에 초점을 두고 있습니다.

최만호
분자인식연구센터장

주요

연구성과

Figure. Multiplex miRNA profiling based on particle RT-qPCR. (a) Bright-field microscopic image. Each target is distinguished by codes. Scale bar is 500 μm. (b) Encoded particles for each target. (c) Image sequence during amplification. The fluorescence intensity of each particle was recorded. (d) Amplification curves from two independent multiplex particle RT-qPCR assays. (e) A photograph of highly multiplexed particle RT-qPCR chip.

Title : In-particle stem-loop RT-qPCR for specific and multiplex microRNA profiling
PI : Sang Kyung Kim

MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs that can regulate the translation of messenger RNAs (mRNAs) through binding with target mRNAs. Although several approaches have been reported to profile miRNAs so far, they still have the limitations such as poor multiplicity or specificity. Here we report a novel method of miRNA profiling with particle-based multiplex quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-qPCR). To achieve target-specific reaction in a particle, the stem-loop RT primer and forward primer for each target miRNA were chemically immobilized to the particle. Target-specific cDNA synthesis proceeds with the stem-loop RT primer and then qPCR subsequently proceeds with the forward primer to rapidly achieve a quantitative result. High-fidelity multiplex assay was also accomplished in a single PCR process by loading multiple particles for each specific miRNA. The method for primer supply in the particles, involving confinement of the target-specific RT and PCR primers in the matrix of particles, led to the reduction of nonspecific reactions and improved the selectivity of the miRNA assay while minimizing labor in a multiple target assay. Specifically, this particle-based assay enabled the differentiation of mature miRNA from precursor with selectivity of 270:1 in terms of amplification speed. This advanced method also showed good discrimination among highly homologous let-7 family members, with cross-reaction rates of less than 5%. We demonstrated a very simple process of five-plex miRNA profiling in total RNA, and the measured changes in expression level were consistent with those from a conventional singleplex method. (Biosensors and Bioelectronics, 2020)

Figure. Design of an integrated sampling/monitoring platform. (A) Experimental setup of bioaerosol sampling in the artificial aerosolization chamber (B) Working principle of airborne pathogen sampling/monitoring kit incorporated into the air sampler (C) Schemetic illustration of airborne pathogen detection in indoor spaces

Title : An Integrated Bioaerosol Sampling/Monitoring Platform: On-Site Detection of Airborne Viruses.
PI : Joonseok Lee

Serious pandemic diseases have previously been associated with airborne pathogen transmission. Severe acute respiratory syndrome (SARS) in 2003 resulted in greater than 700 fatalities in only a few months, and influenza A (H1N1) virus in 2009 caused over 10,000 infections across 41 countries. There is thus a great need for simple, portable, and cost-effective detection techniques for airborne pathogens. Rapid, accurate, and reliable diagnostics are crucial for monitoring and preventing the spread and emergence of airborne pathogens. Although advances have been made to point-of-care systems, these improvements have not been widely applied to detection of airborne viruses due to aerosol sampling requirements as well as technical barriers to combining sampling and analysis methods. We have resolved these problems and have produced an integrated bioaerosol sampling/monitoring platform for on-site detection of airborne viruses. The platform was designed as a portable system, enabling low-cost assembly and employing a disposable detection kit in a compact size air sampler. We tested our bioaerosol sampling/monitoring platform by artificially aerosolizing polystyrene beads, MS2 viruses, and Avian influenza viruses (AIVs) in the closed chamber, which controls temperature and humidity. Bioaerosols containing airborne virus were collected on the sampling zone of the strip, and then analyzed by near-infrared (NIR) emission of synthesized nanoprobes. The device was effective for detecting clinical samples of H9N2 virus collected from chickens. We believe that this integrated sampling/monitoring device will be highly valuable for the prevention, diagnosis, or rapid response to critical pandemic diseases in specific closed spaces (e.g., on an airplane, or in a hospital ward, or in an animal/farm/food processing facilities) where respiratory, livestock epidemic-related viruses or airborne bacteria are prevalent with risk of continually circulating aerosol. (ACS Sensors, 2020)

Figure. Cell-imaging of mitochondria and lysosome using fluorescent probes for subcellular organelle.

Title : BODIPY Based Fluorescent Probes for Imaging and Subcellular Chemical Proteomics in Living Cells.
PI : Jun-Seok Lee / Dhiraj P. Murale

Researchers are extensively trying to achieve comprehensive protein lists for the sub-cellular regions by using mass spectrometry. Organellar-based proteomics has emerged out to be the most rapidly advancing methods to obtain the protein list and functional analysis of those subcellular proteins. To study Organellar-based proteomics, identification and differentiation of different subcellular compartments is crucial factor. Proteins associated with the specific organelle region for example, nucleus, endoplasmic reticulum (ER), Golgi complex, mitochondria and lysosome – are active membrane-bounded partitions that have diverse structures and functions more-over govern the structure and function of that particular subcellular region. In our recent work we have developed a design of a novel photo-crosslinking fluorophore called photo-crosslinking BODIPY fluorophore (pcBD). The main success for this pcBD design is, this works better than benzophenone also it has BODIPY fluorophore so can be used as fluorescent tag. Also, we have studied the photocrosslinking of pcBD with the purified proteins. The major advantage of pcBD for photo-activated protein labeling is the capability to attach BODIPY fluorophore at any kinds of target proteins depending on the spatial vicinity. Likewise, we proved the utility of photo-crosslinking fluorophore for spatiotemporal protein labeling in complex mixture.
We envisioned to target the specific organelle, to study the protein tagging and identification of the proteins in that subcellular region. To encounter the proposed objective, we have designed and synthesized the organelle specific pcBD molecules by making the simple and the effective chemical modification in the pcBD probes. As a proof of concept, we have successfully improved the pcBD probes with pyridinium salt, morpholino moiety, and for mitochondria and lysosome respectively.

연구분야(연구센터내 연구팀)

분자인식연구센터에는 세 가지 주요 연구 범위가 있습니다.

1) 생체분자 엔지니어링 및 제어팀이 이끄는 질환 발병 기전 연구와 바이오마커 발견 연구

2) 생화학 진단 연구팀이 주도하는 NT/BT/IT 기반 센싱 및 바이오마커 진단 플랫폼 개발

3) 내분비 호르몬 기능 검증팀이 이끄는 질병모델링을 통한 바이오마커검증과 치료제 개발 및 임상시료에의 적용 중개

오믹스는 생화학 시스템에서 질병 메커니즘과 약물 작용을 이해하기 위한 강력한 연구 도구입니다. 생체분자 엔지니어링 및 제어팀은 스테로이드 호르몬, 1차 대사물, 지질, 유전자, 단백질을 신호 분자로서 발견하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 질병 모델의 생물학적 샘플에 대한 통합 역학 연구를 통해, 우리는 임상 실습에서 신뢰할 수 있는 진단 도구에 대한 여러 바이오마커를 발굴할 수 있습니다.

포괄적 선택성과 민감성을 가진 바이오마커 검출은 질병 검사의 중요한 측면입니다. NT/BT/IT 기반 생화학 진단 연구팀은 새로운 나노재료를 이용한 센싱 및 진단 플랫폼 개발을 통해 지속적인 모니터링 가능성을 가진 간단한 장비를 개발하고 현장 수요에 기반한 여러 바이오 마커를 인식할 수 있는 검사 키트를 개발하는 데 초점을 맞추고 있습니다.

분자 진단과 치료의 측면에서 바이오마커 검증은 질병과 약물의 생화학적 작용을 조명하기 위한 전제조건입니다. 내분비 호르몬 기능 검증팀은 질병 모델링을 통해 바이오마커와 약물의 작용 목표를 검증하고, 메커니즘 연구에 적용할 안정적인 세포 라인과 게놈 편집 동물 모델을 만들어냅니다.

분자인식연구센터 연구책임자·소식
image3
최만호
분자인식연구센터장
02-958-5081
20210608_103358
정병화
책임연구원
02-958-5062
image24
표희수
책임연구원
02-958-5181
kmj
강민정
책임연구원
+82-2-958-5088
image04
정봉철
책임연구원
02-958-5067
noname01
김상경
책임연구원
+82-2-958-6794
image21
이준석
책임연구원
02-958-5079
image18
박진영
선임연구원
02-958-5071
image19
정승원
선임연구원
02-958-5086
image20
이정애
선임연구원
02-958-6632
image22
이현범
선임연구원
02-958-6821
image14
김지훈
선임연구원
02-958-5065
image16
김형자
선임연구원
02-958-5187
image25
김승기
선임전문원
02-958-5084
image17
류석민
연구원
02-958-5064
image02
Dhiraj P. Murale
연구원
02-958-5095