[화학] 2008년 – 녹색형광단백질 GFP의 발견과 개발에 관한 업적(시모무라 오사무, 마틴 챌피, 로저 Y. 첸)

2008_OsamuShimomura_Chemistry

  • 1928 ~
    시모무라 오사무

    Shimomura Osamu

    일본의 생물학자이자 화학자. 1960년 나고야 대학에서 박사학위를 취득한 후 나고야 대학과 프린스턴 대학교, 보스턴 대학교, 우즈홀 해양생물학연구소에서 활동하였다. 해파리에서 녹색형광단백질(GFP)을 발견하였고, 이 연구 성과로 다른 단백질의 유전자에 융합시켜 세포 내에 주입하여 원하는 장소에 형광을 만들어낼 수 있게 되었다.

  • 2008_MartinChalfie_Chemistry
    1947 ~
    마틴 챌피

    Martin Chalfie

    미국의 신경생물학자. 1977년 하버드 대학교에서 박사학위를 취득하였고, 컬럼비아 대학교 교수로 활동하였다. 2004년 미국 과학아카데미 회원으로 선정되었다. 1994년 녹색형광단백질(GFP)를 이용하여 이웃하는 유전자의 발현을 추적할 수 있다는 연구 결과를 발표하였다.

  • 2008_RogerYTsien_Chemistry
    1952 ~
    로저 Y. 첸

    Roger Y. Tsien

    미국의 생화학자. 하버드 대학교에서 물리학과 화학을 전공하여 최우등(숨마 쿰 라우데)으로 졸업하였다. 1977년 케임브리지 대학교에서 박사학위를 취득한 뒤 현재 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스에서 교수이자 하워드 휴즈 의학연구소에서 활동하고 있다. 녹색형광단백질이 어떻게 해서 빛을 내는지를 일반적으로 이해할 수 있도록 기여하였다.

 

수상 업적

The Nobel Prize in Chemistry 2008 was awarded jointly to Osamu Shimomura, Martin Chalfie and Roger Y. Tsien “for the discovery and development of the green fluorescent protein, GFP”.

2008년 노벨 화학상은 “녹색형광단백질 GFP의 발견 및 개발”로 시모무라 오사무, 마틴 챌피, 로저 Y. 챈에게 수여되었습니다.

 

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
분자생물학 연구는 처음부터 염색체의 DNA 서열에 새겨져 있는 유전정보에 초점을 맞추었습니다. DNA 연구에서 이룬 성공이 비록 감동적이기는 하나, 분자의 움직임에서부터 생태학적 패턴에 이르기까지 유기체의 거동을 규정짓는 다차원적이고 역동적인 과정 중에서 DNA 서열은 단지 일차원적 정보만을 제공할 뿐입니다. 녹색형광단백질의 발견과 개발은 이러한 과학계의 의제를 급격하게 변화시켰습니다. 녹색형광단백질과 유사단백질을 개선한 변형체들이 고분해능 전자현미경과 계산 기술 및 막강한 이론적 접근 방법과 상승 작용을 일으켜 복잡한 생체시스템의 정량분석에 초점을 맞춘 과학적 변혁에 박차를 가하고 있습니다. 지금까지 볼 수 없었던 구조와 역동적인 원리의 세계가 점차 드러났고, 이제는 생물학, 의학, 약학 연구의 모든 면에 실질적인 영향을 주고 있습니다.
녹색형광단백질에 관한 이야기는 3막으로 나눌 수 있습니다. 녹색형광단백질의 발견, 핵심 모델 유기체 내에서 녹색형광단백질 유전자의 발현, 그리고 녹색형광단백질 유사물질들을 보편적 유전표지물질 세트로 개발한 것입니다.
제1막은 50년 전 일본에서 오사무 시모무라 교수가 자체 발광하는 작은 갑강강Crustacea 패충아강ostracod에 속하는 바다반디Cypridina를 연구할 때 시작되었습니다. 그는 이 연구의 성공에 힘입어 미국에 오게 되었고, 프랭크 존슨 교수와 함께 워싱턴 주의 프라이데이 항구 외곽에 있는 태평양의 바닷속에서 평화로이 헤엄치는 해파리 에쿠오리아 빅토리아Aequorea victoria의 녹색자체발광에 관한 연구를 하였습니다. 1961년 시모무라는 놀라운 발견을 하게 되는데, 에쿠오리아 빅토리아의 자체발광에 관여하는 단백질인 아쿠오린aequorin이 녹색이 아니라 청색광을 낸다는 것이었습니다. 운 좋게도 그는 지금 GFP라고 알려져 있는 녹색형광단백질도 발견했고, 해파리의 녹색광은 GFP 전자의 들뜸 현상 때문에 방출되는 것이며, 아쿠오린의 청색자체발광이 발광 현상 없이 해파리로 전이되어 GFP의 전자를 들뜨게 해서 녹색광이 방출되는 것이라고 궁극적으로 설명할 수 있었습니다. 시모무라 교수님의 발견 덕분에 놀라운 광학적 성질을 갖는 GFP는 태평양의 은밀한 곳에서 끌려 올라왔고, 과학적으로 정밀한 연구가 가능해졌습니다.
제2막이 시작될 때, 에쿠오리아 빅토리아가 아닌 유기체에 GFP 유전자를 발현시키면 형광단백질이 되리라는 것을 믿는 사람은 거의 없었습니다. 그 염색체가 형성되려면 에쿠오리아 빅토리아에 선택적인 효소가 필요하다는 것이 일반적인 추론이었으나 다른 견해를 가진 마틴 찰피라는 이름의 GFP 신봉자가 한 사람 있었습니다. 그의 연구는 작은 선형동물인 예쁜꼬마선충Caenorhabditis elegans의 신경시스템에 집중되어 있었고, 예쁜꼬마선충에 형광단백질 유전자를 발현시킬 수만 있다면 가능한 어떤 실험도 하려는 열의에 가득 차 있었습니다. 그는 연구원 더글러스 프라셔가 제공한 복제 GFP를 사용해서 밝게 형광을 내는 GFP가 대장균E. Coli과 예쁜꼬마선충 둘 다에서 발현된다는 것을 1993년과 1994년에 보여 주었습니다. 찰피 교수님의 연구 결과는 과학적 편견을 이겨 내는 실험의 힘을 보여 주었을 뿐만 아니라, GFP가 보편적인 유전표지가 된다는 것을 많은 사람들에게 분명하게 밝혔습니다.
제3막은 1994년에 시작되었는데, 이때 로저 챈은 GFP 염색체가 산소의 존재 아래서 어떻게 저절로 형성되며, 어떻게 청색 형광을 내는 GFP 변이체로 바뀌는가를 설명하였습니다. GFP의 1차 구조에서 점 돌연변이point mutation가 형광 방출 스펙트럼을 변화시킨다는 것을 보임으로써 가능했지요. 그 후로 챈은 많은 GFP 변형체를 만들어서 제공해 왔습니다. 이것들은 가시광선 전 영역에서 형광을 방출하며, 염색체의 단백질이 접힌 뒤에 형광 발광 상태로 성숙되는 데 필요한 시간을 매우 단축했고, 광 안정성과 휘도도 높아졌습니다. 챈 교수가 독창적으로 부단히 개선해 온 GFP와 그 유사 단백질 덕분에 생물 관련 과학은 변혁을 거듭해 왔습니다.
시모무라 교수님, 찰피 교수님, 첸 교수님.
녹색형광단백질을 발견하고 확인했으며, 주요 유기체 내에서 형광 형태의 GFP를 최초로 발현하였고, 또 GFP와 그 유사종을 모든 형태의 유기체 세포 내에서 단백질의 위치 추적과 이동 및 상호 작용 연구를 위한 보편적 유전표지 세트로 개발하신 교수님들의 공로가 인정되어 시상을 하게 되었습니다. 스웨덴 왕립과학원을 대신해서 진심으로 축하를 드리며, 이제 앞으로 나오시기 바랍니다. 전하께서 직접 노벨 화학상을 시상해 주시겠습니다.

스웨덴 왕립과학원 노벨 화학위원회 맨스 에렌버그